Как закалить коленвал


Способы повышения прочности коленчатых валов

В данной статье мы рассмотрим особенности материалов и способов обработки коленчатых валов, поскольку конструкция коленчатого вала чаще всего уже определена изготовителем.

Коленчатый вал - одна из наиболее ответственных, напряженных и дорогостоящих деталей двигателя. Силы, действующие на коленчатый вал вызывают трение и изнашивание его шеек и подшипников, усталостные разрушения в местах переходов шеек в щеки и в местах выводов масляных каналов, а также крутильные, изгибные, поперечные, осевые колебания. Коленчатый вал должен иметь достаточную прочность, жесткость, износостойкость, а вместе с тем относительно небольшую массу, надежность, высокую твердость поверхности, точность изготовления и  обработки шеек коленвала, динамическую уравновешенность и отсутствие вибраций.

Применимо к двигателям отечественной сельскохозяйственной, строительной, специальной техники еще в советское время разработаны оптимальные конструкции коленчатых валов, которые проверены временем. Следует обратить внимание, что даже небольшие на первый взгляд погрешности (например, срезание галтели при шлифовке коленвала) очень существенно влияют на предел прочности детали. Тем более не следует вносить "усовершенствования" в конструкцию коленчатого вала. Например, расположение масляного канала в шатунной шейке оказывает большое влияние на прочность коленчатого вала, должно располагаться под конкретным углом, в противном случае в точках, соответствующих выходу канала на поверхность появятся избыточные напряжения.

В настоящее время на рынке Украины для одного и того же двигателя можно купить коленчатые валы, изготовленные по самым различным технологиям. Например, коленчатый вал Д-65 (трактор ЮМЗ) может быть: стальным кованным (луганские валы, российские, индийские), литым чугунным (валы китайского производства, BLAT Industrial), может иметь закалку ТВЧ (луганские, российские валы), может не иметь (индийские валы), может быть выполнен из серого чугуна (некоторые китайски марки), может изготовляться из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (BLAT Industrial). В то же время конструктивно, т.е. геометрически, отличий между коленчатыми валами разных производителей не так много.

Итак, по способу изготовления коленчатый вал может быть кованным и литым.

Кованный коленчатый вал изготавливается из конструкционных сталей. Основным недостатком такого способа является возникновение внутренних напряжений при изготовлении поковки. Для уменьшения напряжений в поковках вала направление волокон должно соответствовать конфигурации колен. Поковки подвергают отжигу для устранения напряжений и облегчения обработки. Для двигателей сельскохозяйственной и строителеьной техники прочность стального коленчатого вала является недостаточной, поэтому применяют специальные термохимические способы упрочнения шеек коленчатых валов: закалка шеек токами высокой частоты, азотирование, цементация. Следует отметить, что термохимические способы упрочнения шеек на данный момент применяют только отечественные заводы. Импортные производители не проводят термохимическое упрочнение шеек по финансовым и технологическим причинам.

Закалка шеек коленчатого вала токами высокой частоты (закалка ТВЧ) - наиболее распространенный метод повышения прочности коленчатыйх валов двигателей сельскохозяйственной, строительной, специальной техники. Закалка ТВЧ проводится в специальных индукторах. Переменный ток определенной частоты вызывает быстрый нагрев поверхности детали и, после быстрого охлаждения, образуется закаленный слой высокой твердости. Этот слой может иметь глубину до 3 мм. Метод закалки ТВЧ высокопроизводителен и точен. Однако, стоимость оборудования (для каждого вида коленчатого вала необходим отдельный индуктор) высока и может окупиться только в массовом производстве. Этот метод широко используется на отечественных заводах и не используется небольшими импортными производителями. Подавляющее большинство коленчатых валов российских, украинских, беларусских заводов закалены токами высокой частоты. Часто закалка ТВЧ оставляет на поверхности шеек рыжеватого цвета разводы, т.н. цвета побежалостии и их наличие или отсутствие позволяет определить прошел закалку ТВЧ конкретный коленвал, или нет.

Азотирование - термохимический метод упрочнения поверхности, основанный на насыщеннии азотом в специальной среде. Позволяет получить существенно более высокую твердость поверхности, чем закалка ТВЧ, а также повышет коррозионную стойкость. Предел выносливости сталей на изгиб и кручение при азотировании повышается на 30-40%Недостатком этого метода упрочнения является очень небольшая глубина азотированного слоя - до 30 микрон. После азотирования детали необходимо подвергать механической обработке очень осторожно, вследствие появления микроскопических трещин при шлифовании галтелей сопротивление усталости снижается. Все это приводит к тому, что такой коленчатый вал может быть отшлифован только на размер 1Р и далее, как правило, выбрасывается. Азотирование существенно повышает стоимость детали. Так цена коленчатого вала, прошедшего азотирование в 1,5 раза выше, чем цена коленвала, упрочненного ТВЧ. Высокая стоимость обуславливает применение азотированных коленчатых валов лишь в высоконагруженных форсированных двигателях (карьерная техника, БелАЗ, СуперМАЗ). Этот метод упрочнения активно используется Ярославским моторным заводом для коленчатых валов двигателей ЯМЗ-236Н, ЯМЗ-238БЕ, ЯМЗ-238НД и др.

Цементация и нитроцементация, как методы повышения твердости, редко используются для коленчатых валов двигателей сельскохозяйственной и строительной техники.

Литые коленчатые валы в последнее время существенно увеличили свою долю на рынке. Следует отметить, что технология изготовления литого чугунного коленчатого вала далеко не нова. Например, по такой технологии завод "Серп и Молот Дизель", Харьков изготавливал коленчатые валы СМД-18 для двигателей СМД-18Н (ДТ-75 и др.). По мнению некоторых исследователей при отливке коленчатого вала из чугуна с шаровидным графитом (высокопрочные чугуны марки ВЧ) можно создать конструкцию с характеристиками по прочности практически такими же высокими, как у стального кованного вала при одинаковых внешних диаметрах шеек. Следует обратить внимание, что такой результат может быть достигнут только при использовании высокопрочного чугуна, другие виды чугуна не обеспечивают достаточной прочности. Технология изготовления чугунного коленчатого вала имеет несколько преимуществ: существенная экономичность, прекрасная работа чугунного коленчатого вала на трение, хорошая прирабатываемость детали, отсутствие внутренних напряжений в заготовке детали, равномерная твердость коленчатого вала по всему сечению. К недостаткам чугунных коленчатых валов следует отнести несколько меньший межремонтный период, необходимость качественного литейного оборудования, а также то, что в условиях нашего рынка покупателю необходимо контролировать сплав и твердость коленчатого вала при покупке, далеко не все марки удовлетворяют требованиям прочности. Шлифовка чугунного коленчатого вала должна производиться с использованием люнетов. Чугунные коленчатые валы прекрасно зарекомендовали себя для тракторной техники, в особенности при работе в двигателях Д-65, Д-144, Д-240, Д-21. Хороший результат показывают также при использовании в V-образных двигателях ЯМЗ-236, ЯМЗ-238. Вместе с тем, для комбайновой техники (СМД-31, ЯМЗ-238АК), для 12-цилиндровых (ЯМЗ-240), для рядных 6-цилиндровых (СМД-31, А-01М) более оптимальны отечественные валы.

Закалка - коленчатый вал - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Закалка - коленчатый вал

Cтраница 1


Закалка коленчатых валов может производиться также машиной с баками, в которые заливается охлаждающая жидкость. Шейки вала, нагреваемые последовательно, каждый раз опускают в охлаждающую жидкость для закалки.  [2]

Закалка коленчатого вала ЗИЛ-130 производится на двух автоматических линиях. В связи с тем что нагрев детали производится охватывающими индукторами, после закалки допускается снижение твердости с HRC 62 - 52 до твердости заготовки в зоне галтелей на длине 6 мм максимум. Микроструктура закаленного слоя должна представлять собой мартенсит мелко - или средне-игольчатого строения или троостомартенсит. Коренные и шатунные шейки закаливаются на глубину 6 7 - 3 3 мм, а шейки под шкив - на глубину 1 8 - 4 7 мм на длине 60 мм с отступлением на 12 мм от торца конца вала. Охлаждение детали при закалке совмещено с дополнительной промывкой.  [3]

При закалке коленчатых валов, шпинделей, валков и других деталей цилиндрической формы можно наметить четыре варианта закалки.  [5]

В результате проведенных исследований закалки коленчатых валов, имевших целью изучить условия возникновения указанных дефектов и установить оптимальный режим, обеспечивающий их полное устранение, установлено, что: 1) вращение закаливаемой детали независимо от режима нагрева обеспечивает получение закаленной поверхности без каких бы то ни было пороков; 2) образования трещин можно избежать, если отверстия в индукторе сверлить под углом таким образом, чтобы струйки воды попадали на нагретую поверхность металла не под прямым углом; 3) применение для закаливаемых деталей стали с суженным пределом по содержанию углерода и марганца и стали с мелким зерном снижает образование трещин; 4) предварительная нормализация и, особенно, улучшение способствуют образованию мелкоигольчатого мартенсита после электрозакалки, получению равномерной твердости по сечению, уменьшает напряжения и возможность возникновения трещин; 5) закрытие масляных и других отверстий медными стержнями, а также подача в отверстия струи закалочной воды предохраняет от возникновения трещин у масляных отверстий; 6) применение для охлаждения эмульсии не предохраняет полностью от появления трещин, но способствует некоторому уменьшению их количества; 7) предварительный нагрев деталей до температуры 600 - 650 без охлаждения, а также пауза 2 - 3 сек.  [6]

Вторым дефектом, имеющим место в практике закалки коленчатых валов, являются трещины у масляного отверстия. Эти трещины, располагающиеся перпендикулярно к отверстию, имеют протяженность 3 - 5 мм на глубину 0 2 - 0 5 мм; они образуются вследствие неравномерности распределения тока, а значит и тепла у отверстий. Средством, дающим возможность избежать появления этих трещин, является способ, предложенный лабораторией проф.  [7]

Предел выносливости коленчатых валов зависит также от распространения закаленной зоны на щеках. После закалки коленчатых валов закаленная зона на шейках находится на расстоянии 5 - 10 мм от щек. Такое расположение закаленной зоны вызывает образование значительных остаточных напряжений растяжения в галтелях, что, в свою очередь, снижает усталостную прочность вала.  [8]

Станок для закалки коленчатых валов с нагрева токами высокой частоты спроектирован под руководством проф. Этот станок является сложным автоматом. Все шейки коленчатого вала на этом станке обрабатываются без передвижения вала, что является большим преимуществом. Вал, будучи установлен в центрах закалочного станка, выходит через 2 мин.  [9]

Подстуживание стали перед закалкой приводит к меньшему короблению вследствие меньшего перепада температур я тепловых напряжений. Например, при закалке коленчатых валов из стали 18ХНВЛ, и которой аустенит весьм

Технология восстановления коленвала

В  технологическом процессе предусматривается закалка шеек коленчатых валов ТВЧ в кольцевых индукторах. Сложность геометрии вала, наличие кривошипов и щек предопре­деляли необходимость изготовления индукторов из двух половин, которые после их установки на шейку вала замыкались. При такой конструкции индуктора очень трудно обеспечить необходимую равномерную ширину и глубину закаленного слоя из-за невоз­можности обеспечить хороший электрический контакт по всей площади разъема индуктора и магнитной асимметрии, вызванной различными массами щек по окружности шеек, которые соответ­ственно создают различные магнитные сопротивления магнитному молю индуктора. Разъем индуктора и асимметрия магнитного поля вызывают неравномерную ширину и глубину закаленного слоя. И результате ширина закаленного слоя шеек нередко колеблется до 10—15 мм. Неравномерность нагрева в сочетании с неравно­мерностью охлаждения, обусловленной падением душевых струй В одни и те же точки на поверхности шеек, вызывает образование закалочных микротрещин, особенно при засорах нескольких ря­дом расположенных спрейерных отверстий на индукторе. Эти же причины усугубляют и образование закалочных микротрещин на кромках масляных каналов, которые значительно снижают усталостную прочность вала. Разработка и внедрение установок для закалки способом растушевки с вращением вала в значитель­ной степени устранило неравномерность нагрева и охлаждения, ликвидировало условия для образования микротрещин, умень­шило неравномерность ширины закаленной зоны. Недоста­ток разъемных кольцевых индукторов — трудность регулирова­ния интенсивности нагрева по длине шейки, невозможность регу­лирования температуры на отдельных ее элементах. Лучшее ре­шение дало применение петлевых секторных индукторов, охваты­вающих часть окружности шейки вала. Такая конструкция индуктора, снабженного спрейерами, позволяет в широких пре­делах регулировать интенсивность нагрева на отдельных элемен­тах шеек. Достигается это изменением соотношения его ширины и длины, сечения меди отдельных сторон петли, а также приме­нением пакетов магнитопроводов.

Эти свойства петлевых секторных индукторов позволили устра­нить перегрев кромок масляных каналов и неравномерность их температуры, отказаться от их экранировки медными пробками, а также уменьшить неравномерность ширины слоя до 1 мм. Зазор между шейкой и индуктором поддерживается с помощью роликов или твердосплавных опор. Закалка шеек способом растушевки с применением односторонне расположенных петлевых индукто­ров, охватывающих часть поверхности при вращающейся детали, обеспечило равномерный нагрев по всей шейке, повысило качество коленчатых валов. Улучшение качественных показателей, опре­деленных на опытных партиях коленчатых валов из сталей 50Г-СШ и 50ХФА, закаленных на установках с петлевыми индук­торами, характеризуется практически полной ликвидацией микро­трещин на кромках масляных каналов при аннулировании их экранировки, уменьшением дефектов на шейках в зоне разъема штампа в 4 раза, уменьшением шлифовочных микротрещин на шейках в 7 раз. Снижение различного рода микротрещин объяс­няется прежде всего уменьшением остаточных внутренних зака­лочных напряжений.

Способ растушевки позволяет калить шейки вала с выходом закаленного слоя на галтель. Таким способом закаливалась пар­тия коленчатых валов из стали 50Г-СШ в нормализованном со­стоянии. Испытания показали, что предел их выносливости уве­личивается до 60%. Однако при шлифовании шеек с закаленными галтелями, в связи с тяжелыми условиями работы абразивного круга наблюдаются прижоги и трещины, повышение шерохова­тости поверхности галтелей и торцов. Поэтому необходимы дальней­шие исследования и отработка технологии шлифования, в частности применение кругов прерывистого шлифования и т. д.

Выбор правильного способа охлаждения в процессе закалки определяет прокаливаемость и, следовательно, степень использования прочностных свойств металла, применяемого для данной детали. В связи с этим при  переходе в изготовлении деталей  углеродистых сталей к легированным необходимо   тщательно   исследовать,  обеспечивается ­ли надлежащая  прокаливаемость и нет ли резервов, которые можно реализовать улучшением процесса охлаждения при закалке.  Улучшение процесса охлаждения определятся выбором не только рационального для  данной детали способа, но и самой охлаждающей среды.  Традиционные  зака­лочные среды — вода и индустриальное ма­сло во многих случаях не обеспечивают оптимальных скоростей охлаждения с целью получения оптимальных  прочностных свойств деталей,  определяемых прокаливаемостью, твердостью и величиной остаточных напряжений. Разница в охлаждающих свойствах масла и воды слишком велика, ее невозможно ликвидировать выбором способа охлаждения и регулированием интенсивности циркуля­ции закалочной среды. Правда, за последние годы этот недостаток устраняется применением водных растворов неорганических и химических веществ. Для поверхностной закалки с душевым охлаждением коленчатых валов и других деталей из легированных к и успешно используется созданная на ЯМЗ полимерная закалочная среда ЗСП-1. Физическая сущность регулирования скорости охлаждения в таких закалочных средах заключается в образовании вокруг нагретой детали слоя полимера, обладающего по сравнению с водой лучшими физико-химическими свойствами, обеспечивающими более мягкое, равномерное охлаждение и закалку без мягких пятен. Образуемая на поверхности закаливаемой детали пленка полимера по мере охлаждения частично вновь растворяется. Скорость охлаждения регулируется изменениями концентрации раствора. Особое значение полимерные закалочные среды имеют для расширения области применения поверхностей закалки ТВЧ деталей из легированных марок сталей, для которых нельзя применять воду вследствие трещинообразования.

Восстановление коленчатого вала.

Замена индустриального масла жидкостью ЗСП-1 при закалке коленчатых валов двенадцатицилиндровых двигателей из стали 60ХФА обеспечила повышение износостойкости за счет увеличения твердости после закалки с НRС 60—61 до НRС 63—64, а применение вращения вала при закалке шеек снизило величины коробления . Одновременно достигнуто снижение растягивающих остаточных напряжений при закалке, что проявилось в повышении изгибной усталостной прочности на 9% и крутиль­ной усталости на 40%.

Закалка ТВЧ повышает твердость, а следовательно, и износо­стойкость шеек коленчатого вала. Однако при обычно применяе­мой технологии закаленная зона на шейках расположена на рас­стоянии 8-10 мм от щеек, а галтели, являясь концентраторами напряжений, остаются незакаленными. Поэтому усталостные раз­рушения в зоне галтелей — одна из причин поломок коленчатых валов.

С целью повышения усталостной прочности коленчатые валы шести- и восьмицилиндровых двигателей на ЯМЗ упрочняют методом пластического деформирования путем обкатки галтелей роликами. Упрочнение осуществляется на специальных полуав­томатических станках фирмы «Хегеншайдт», где одновременно обкатываются все галтели коренных и шатунных шеек за один цикл работы станка

По рекомендации фирмы упрочнение должно быть завершающей операцией технологического процесса и производиться на полностью обработанной детали. Такая тех­нология и была заложена при создании специального станка. Однако уже при первом испытании станка выявилось, что боль­шинство валов после операции обкатки получало деформации, выходящие за пределы допуска чертежа (после обкатки биение коренных шеек достигло на некоторых валах 0,2 мм при допуске 0,03 мм). Исследования, проведенные с целью установления влияния усилия и времени обкатки на величину и направление деформации, не выявили какой-либо закономерности. Это дало Основания считать, что избежать деформации детали не представляется возможным, так как полученные поводки являются след­ствием  уплотнения  наружных  поверхностных  слоев металла в зоне галтели. Устранение биения вала за счет введения правки исключалось, так как при этом возможно некоторое снижение усталостной прочности коленчатых валов. Известны методы, когда упрочнение галтелей производится перед окончательным шлифо­ванием шеек, для чего галтели поднутряются в тело вала, и окон­чательное шлифование шеек выполняется после упрочнения гал­телей. Однако такая технология требовала перестройки процесса и введения дополнительных специальных высокоточных станков для протачивания поднутренных галтелей. С целью использова­ния имеющегося оборудования поточной линии разработан тех­нологический процесс, предусматривающий поднутрение галтелей только на коренных шейках, одновременную обкатку всех корен­ных и шатунных шеек с последующим окончательным шлифова­нием только  коренных  шеек.

Восстановление коленчатого вала.

Принципиальное отличие данной технологии заключается в том, что профилирование поднутренных галтелей производится не токарной обработкой, а шлифованием одновременно с предвари­тельным шлифованием коренных шеек. Технологический маршрут обработки шеек вала, включающий подготовительные (перед обкаткой) и завершающие операции по изготовлению вала, имеет следующие операции:

1 — предварительное шлифование торцов коренных шеек;

2 — получистовое шлифование коренных шеек С одновременным профилированием поднутренных галтелей;

3 — чистовое шлифование шатун­ных шеек и галтелей;

4 — шлифо­вание хвостовика переднего конца вала под фальшгалтель и стяжной хомут;

5 — обкатывание;

6 — окон­чательное шлифование коренных шеек;

7 — суперфиниширование и полирование коренных и шатун­ных шеек.

Стальной кованый коленвал 2т двигателя, как сделана цементация шатунных шеек? - Термообработка

 

Точнее, цементация и прочая ТО.

Речь про шатунные шейки коленвала.

Знакомый попросил помочь с ремонтом лодочного моторчика ветерок. Разобрали а там коленвал нестандартный.

Шатуны разборные, сам коленвал кованый, цельный. Судя по книгам, из 20ХН3А.

Мотор двухтактный, поэтому в нижней головке шатуна наборный игольчатый подшипник, причем без сепаратора.

То есть насколько я понимаю шатунная шейка работает как внутренняя обойма. И должна быть каким-то образом зацементирована, а потом закалена до 58-62 HRC, рекомендуемым под ролики.

 

Как это сделано? На коленвале следов меднения нет, то есть если его подвергали цементации, то весь целиком. Скорее всего, поскольку Ульяновский моторный завод крупное предприятие, то там была камера газовой цементации.

А как потом делалось ТО шеек? Коленвал цельный, неразборный, то есть даже если ТВЧ, то индуктор должен быть каким-то разборным, как шатун.

Такие бывают?

 

Также интересно какова может быть глубина цементации? поскольку коленвал судя по всему придется отдавать на шлифовку.

Или вообще разрезать и запрессовать новую самодельную шейку.

Изменено пользователем IvanIvanov76

Термическая обработка коленчатых валов - Энциклопедия по машиностроению XXL

Местная (зональная) закалка снижает усталостную прочность. Поэтому зону обрыва закаленного слоя не рекомендуется совмещать с местом концентрации напряжений от эксплуатационных нагрузок. Там, где это сделать невозможно, зону окончания закаленного слоя подвергают поверхностному пластическому деформированию (обкатка роликами, обдувка дробью). Это дает возможность значительно повысить усталостную прочность (табл. 2.3). Такой способ иногда применяют при термической обработке коленчатых валов и зубчатых колес.  [c.93]
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ  [c.579]

Термическая обработка коленчатых валов. ......  [c.782]

Назначение — для изготовления деталей повышенной прочности в нормализованном улучшенном состоянии или поверхностей, подвергаемых термической обработке (коленчатые валы, шатуны, распределительные валки, шпонки и т. д.).  [c.69]

Термическая обработка коленчатого вала. Литой вал после очистки в чугунолитейном цехе и отрезки прибы-238  [c.238]

Термическая обработка коленчатых валов проводится по следующему режиму нормализация — нагрев до 950—960° С, выдержка 8 ч, охлаждение со скоростью 30—60° С/мин до 600° С отпуск — нагрев до 725—740° С, выдержка 8 ч, охлаждение на воздухе. Получаемая структура — зернистый перлит и шаровидный графит, твердость НВ 207—241.  [c.222]

Термическую обработку коленчатых валов целесообразно проводить в печах с защитной атмосферой, и для уменьшения коробления нагревать коленчатые валы на специальных поддонах.  [c.222]

Типовые режимы термической обработки коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания  [c.188]

Назначение крупные и ответственные детали, подвергаемые термической обработке (коленчатые валы, муфты, оси, промежуточные валы и пр.).  [c.1179]

Назначение крупные и ответственные детали, подвергаемые термической обработке,—коленчатые валы, промежуточные валы.  [c.754]

Усталостная прочность полых коленчатых валов в сравнении со сплошными значительно выше (почти вдвое). Кроме того, усталостная прочность может быть значительно повышена путем упрочняющей обработки коленчатых валов, термической обработки отливок и легирования чугуна.  [c.166]

Коленчатый вал является сложнейшей и дорогостоящей деталью двигателя. Стоимость коленчатого вала слагается из следующих основных статей — стоимости заготовки, механической и термической обработок. Наиболее трудоемкой и дорогостоящей операцией является механическая обработка коленчатого вала.  [c.265]

Так, коленчатые валы рядных двигателей всегда после обдирки подвергают термической обработке — закалке с высоким отпуском, во время которой происходит значительная деформация вала (биение вала часто превышает 2мм). Если коленчатый вал не подвергать правке до. механической обработки (из опасения появления вредных напряжений), то возникшее при термической обработке биение вала в этом случае должно быть устранено механической обработкой.  [c.19]


При этом в 10—15 раз сокращается расход формовочной смеси и облегчается выбивка опок. Оболочковые формы заливают при горизонтальном положении вала (рис. 215, а) или при вертикальном положении вала (рис. 215, б). Чугунные заготовки коленчатых валов, пройдя термическую обработку, правят в горячем состоянии.  [c.378]

Для изготовления коленчатых валов автомобилей и многих других деталей применяют высокопрочные чугупы со структурой зернистого перлита, обеспечивающие более высокие механические свойства. Структуру зернистого перлита получают специальной термической обработкой, состоящей из нагрева до 950 °С, охлаждения до 600 С II подог[ ева до 725 Ч с длительной выдержкой при этой температуре.  [c.150]

Для повышения износостойкости трущихся поверхностей новых деталей наряду с гальваническими покрытиями широко применяют их термическую обработку поверхностную закалку с нагревом газовым пламенем (для поверхностного упрочнения стальных зубчатых колес, червяков, шеек коленчатых валов и пр.), высокочастотную закалку (кулачковые валы, шестерни, шейки валов, гильзы цилиндров, станины станков и др.). С этой же целью применяют обработку поверхностным пластическим деформированием, в процессе которого повышается твердость поверхностных слоев и достигается нужный класс шероховатости поверхности (обкатывание и раскатывание цилиндрических и плоских поверхностей, прошивание, калибрование и др.).  [c.247]

При закалке деталей наблюдается обезуглероживание поверхностных слоев, глубина его может достигать нескольких сотых миллиметра. В результате обезуглероживания механические свойства поверхностных слоев снижаются. Накатывание непосредственно после закалки, т. е. без предварительного снятия указанного слоя шлифованием, как правило, менее эффективно, чем с его снятием. Поэтому шлифование после закалки, перед накаткой, для наиболее ответственных деталей, таких, например, как торсионные и коленчатые валы , может оказаться обязательной операцией. Оно может оказаться необходимым и как средство повышения точности формы деталей после термической обработки.  [c.107]

Между операциями II и III группы выполняют термическую обработку вала — закалку ТВЧ коренных и шатунных шеек с последующим низкотемпературным отпуском. Для азотируемых коленчатых валов между операциями II и III группы выполняют второй высокотемпературный отпуск.  [c.75]

В подшипниках скольжения некоторых быстроходных двигателей цилиндрическую форму отверстия вкладышей (втулок) заменили гиперболической. Головка главного шатуна двигателя и ось шатунной шейки показаны на рис. 42. Головка обладает большой жесткостью, и деформация стальной втулки, залитой свинцовистой бронзой, весьма мала. Деформация шейки приводит к концентрации нагрузки в переходах от фасок к цилиндрической части втулки. Шейка средней твердости приработалась бы к втулке в соответствии с формой прогиба, но упрочненная термической обработкой шейка усиленно (до выкрашивания) изнашивает свинцовистую бронзу втулки в местах с высокими нагрузками. Для повышения срока службы подшипника требуется придать его рабочей поверхности форму поверхности вращения с образующей, имеющей очертание линии изгиба коленчатого вала. Этим требованиям удовлетворяет поверхность гиперболоида вращения (рис. 42, б). В двигателе с большой частотой вращения в связи с формированием режимов работы появились случаи выхода из строя втулок вследствие выкрашивания свинцовистой бронзы. Применение коренных вкладышей с гиперболической формой отверстия позволило увеличить допуск на несоосность в 3 раза и обеспечило взаимозаменяемость вкладышей, так как для вкладышей с цилиндрическим отверстием вследствие меньшего допуска на несоосность и условий прочности необходимо производить окончательную расточку в картере.  [c.183]

Затем собирают отдельно поршень с шатуном, опускают его через цилиндр и соединяют шатунный подшипник с шейкой коленчатого вала. Особое внимание уделяют установке шатунных болтов. Перед сборкой болты нужно тщательно осмотреть и обратить внимание на состояние резьбы, переходов и закруглений. Никакие трещины на шатунных болтах недопустимы. Трещины легко обнаружить, промыв их в горячем масле и тщательно просушив трещины будут обозначены проступающим из них маслом. Если болты прошли термическую обработку и имеют темный цвет, можно после масла прокипятить их в насыщенном растворе соды после высушивания на осевшем слое соды масло будет очень хорошо заметно.  [c.490]

Благодаря высоким техническим требованиям, предъявляемым к коленчатым валам, их изготовляли, как правило, коваными из легированной стали со сложной термической обработкой.  [c.166]

При замене кованых коленчатых валов литыми из высокопрочного чугуна резко сокращается длительность цикла термической обработки, а в некоторых случаях удается полностью исключить термическую обработку. Точно также сокращается длительность общего цикла изготовления коленчатого вала.  [c.166]

Без термической обработки оси, рычаги, тяги, фланцы, крепежные детали. После закалки и низкого отпуска (HR 30—40) оси, валики, винты, упоры, траверсы и другие детали повышенной прочности. После нормализации или улучшения тяги, оси, цилиндры, коленчатые валы, крепежные детали  [c.36]

В результате термической обработки коленчатые валы должны получить повышенную прочность по всему сечению (твёрдость 250...280 НВ ). Для изготовления их выбрана сталь 40ХФА. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте режим термической обработки, приведите его обоснование, объяснив влияние легирования на превращения, происходящие при термической обработке. Опишите структуру и свойства стали после термической обработки.  [c.152]

Детали, от которых требуется повышенная прочность, подвергаемые термической обработке (коленчатые валы, шатуны, зубчатые ве14цы, распределительные валы, маховики, зубчатые колеса, шпильки, храповики, плунжеры, шпиндели, фрикционные диски, муфты, зубчатые рейки, прокатные валки и др.)  [c.130]

Термическая обработка коленчатого вала автомобиля. Коленчатый вал автомобиля преимущественно изготовляется из углеродистой стали 45. Заготовка в виде поковки подвергается нормализации с нагреванием до 850°С и охлаждением на воздухе в результате нормализации поверхностный слой вала имеет твердость Нц =200—229 . Структура сердцевины состоит из перлита и феррита эта структура обладает высокой циклической вязкостью, что при работе вала повышает сопротивление усталости. Термическая обработка шеек производится после их окончательной обточки и отшлифования с припуском на полирование после термической обработки. Термическая обработка шеек вала производится нагреванием токами высокой частоты в течение 3—4 сек до оптимальной температуры ВбО С с последующим охлаждением водой в результате закалки получается структура мартенсита закалки на глубину 2—3 мм. После такой закалки вал подвергается отпуску нагреванием в камерной печи при 200°С в течение двух часов. В последнее время успешно применяется самоотпуск за счет сокращения времени охлаждения шеек для закалки.  [c.99]

Коленчатые валы работают в условиях высоких нагрузок, а шейки вала подвергаются интенсивному износу. Термическая обработка коленчатых валов преследует две цели повысить их прочность и износостойкость. Изготовляют коленчатые валы из стали и из высокопрочного чугуна. Коленчатые валы автомобильных и тракторных двигателей, компрессоров изготовляют из сталей 45, 50Г, 30ХГ2, 47ГТ, 40ХН и др. (горячей штамповкой). Благодаря штамповке получается хорошая макроструктура — волокна металла не перерезаются, а соответствуют конфигурации вала (рис. 146).  [c.220]

В табл. 14 в качестве примера даны некоторые режимы термической обработки коленчатых и распределительных валов автомобилей, подтверждающие высказанное выше положение. В связи с изложенным приведенные в табл. 15 примеры носят обобщенный рекомендательный характер. В таблице сосредоточены примеры использования индукционного нагрева для поверхностной закалки деталей в целях увеличения их износостойкости. Это наиболее широкая и часто встречающаяся на практике область применения. Анализ приведенных примеров показывает возможность использования пЬверхностной закалки с нагревом ТВЧ и охлаждением в разных средах для широкого класса конструкционных материалов, что обеспечивает заданный уровень свойств прочности. В большинстве случаев для снятия напряжений и достижения требуемого уровня пластичности используют самоотпуск. Иногда технология включает ускоренные режимы электроотпуска (оси коромысел клапанов двигателей, мелкие валы с большим числом концентраторов напряжений на плицах н отверстиях) или низкотемпературный отпуск 150—250° С, проводимый в расположенных рядом печах. Обычно это шахтные или камерные печи в отдельных случаях при обработке длинномерных деталей — специальные проходные конвейерные печи. Отпуск особосложных коленчатых и распределительных валов, торсионов, изготовляемых из легированных сталей или специальных легированных чугунов, выполняют в масляных ваннах при 160—180° С.  [c.554]

Для обеспечения надлежащей точности базирования и зажима вала и умень-шещя упругих деформаций при обдирке и при повторном обтачивании шатунных шеек коренные шейки, служащие базами на этих операциях, обычно предварительно шлифуются. В процессе обработки коленчатого вала на второщ этапе (после термической обработки) коренные шейки служат базами в нескольких операциях.  [c.104]

Сочетание высокой прочноегп и пластичности этих чугуиов позволяет изготавливать из них ответственные изделия. Так, коленчатый вал легковой машины Волга изготавливают из высокопрчного чугуна, имеющею состав 3,4—3,6% С 1,8-2,2% Si 0,96—1,2% Мл 0,16-0,30% Сг электрической печи. Это обстоятельство, а также применение термической обработки приводит к получению еще более высоких свойств, чем это указано л табл. 24, а именно ац = 62-н65 кгс/мм б = 8- -12% и твердость НВ 192—240. Хотя этот чугун но механическим свойствам и уступает стали констру - тивная прочность коленчатого вала из такого чугуна может быть выше, что в целом уменьшит массу машины. Из чугуна, обладающего лучшими, чем у стали, литейными свойствами, можно литьем (дешевым способом) изготавливать изделия сложной конфигурации (с внутренними полостями и т, п,), обладающие лучшим сопротивлением разнообразным механи-ческн. воздействиям, чем более простые по форме кованые детали, Дру ими словами, в ряде случаев деталь сложной конфигурации из менее прочного материала (чугуна) конструктивно оказывается более прочной, простой по конфигурации детали из более прочного материала (стали).  [c.218]

Шейки стальных заготовок коленчатых валов шлифуют предварительно до термической обработки и окончательно — после нее на станках XII1-335.  [c.383]

П1>ипуски на шлифование шеек, щек и галтелей заготовок коленчатых валов длиной 600—800 мм с диаметром шеек 65—80 мм даются в пределах 0,3—0,5 мм на сторону до термической обработки и немного меныпе после термической обработки.  [c.383]

Одним из простейших и эффективных мероприятий по повышению надежности является уменьшение напряженности деталей (повышение запасов прочности). Однако это требование надежности вступает в противоречие с требованиями уменьшения габаритов, массы и стоимости изделий. Для примирения этих противоречивых требований рационально использовать высокопрочные материалы и упрочняющую технологию легированные стали, термическую и хпмико-термическуго обработку, наплавку твердых и антифрикционных сплавов на гюверх-ность деталей, поверхностное упрочнение путем дробеструйной обработки или обработки роликами и т. п. Так, например, путем термической обработки можно увеличить нагрузочную способность зубчатых передач в 2.. . 4 раза. Хромирование шеек коленчатого вала автомобильных двигателей увеличивает срок службы по износу в 3.. . 5 и более раз. Дробеструйный наклеп зубчатых колес, рессор, пружин и прочее повышает срок службы по усталости материала в  [c.13]

Технические условия на поверхностную закалку индукционным способом должны гарантировать необходимую работоспособность детали и удобный контроль соответствия с ними фактических результатов термообработки. Они должны включать задание размеров и расположения закаленной зоны с допустимыми отклонениями, глубину закаленного слон, твердость поверхности. В технических условиях также могут быть особо оговорены максимальные пределы деформации, ограничения рихтовки, распространение цветов побежалости, допустимые дефекты в зоне закаленного слоя и др. Технические условия назначаюгся с учетом свойств выбранной марки стали и задают также предшествующую термическую обработку детали, твердость перед закалкой, допустимую глубину переходной зоны разупрочнения исходной структуры (после термического улучшения). При этом учитывается, что граница закаленного слоя и.ч цилиндрической поверхности ие может быть приближена к широкой выступающей торцовой части (к щеке коленчатого вала) менее чем на 6— 10 мм, что дополнительно уточняется после закалки опытной партии. Закалка ие может быть распростраиеиа на участок поверхности с близко расположенными друг к другу отверстиями или широкими одиночными окнами, вырезами, существенно суживаю-1ЦИМИ зону протекания индуктированного тока. Детали инструментального производства, тонкостенные и асимметричные, деформация и неравномерный нагрев которых делают индукционный нагрев неприемлемым, следует перевести на химикотермическую обработку.  [c.4]

Для контроля твердости поковок коленчатых валов из стали 45Х на Минском тракторном заводе успешно внедрен прибор с накладным датчи1шм НЧГ-1 [30], работающий по методу высших четных гармоник. Прибор применяется для контроля качества термической обработки в области температур отпуска свыше 600°С. Погрешность определения твердости не превышает 10%. Время измерения не более 10 с.  [c.82]

В настоящее время электронагрев токами высокой частоты (т. в. ч.) стал превалирующим, на некоторых заводах он применяется для 40—60% поверхностно упрочняемых деталей. Основоположником исследований и применения индукционного электронагрева является В. П. Вологдин, именем которого назван специально созданный для этих целей в Ленинграде научно-исследовательский институт (НИИТВЧ). В 30-х годах в Ленинградском электротехническом институте им. В. И. Ленина под руководством В. П. Вологдина начались исследования по применению индукционного электро-нагрева в процессах термической обработки металлов и сплавов [50—52]. Тогда же в лаборатории Ленинградского завода Светлана были начаты работы по проектированию ламповых генераторов [14, 121, 122], на Москов- ском автозаводе началось внедрение процесса поверхностной закалки с электронагревом т. в. ч. шеек коленчатых валов автомобильного двигателя, а на XT S — внедрение процесса закалки поперечного бруса трактора.  [c.148]

Основными процессами поверхностного упрочнения деталей машин на машиностроительных заводах являются процессы химико-термической обработки, основой которых является изменение химического состава в поверхностных слоях путем диффузионного насыщения различными элементами при высоких температурах. В довоенный период на машиностроительных заводах превалирующими процессами химико-термической обработки были цементация твердым карбюризатором, жидкостное цианирование и азотирование. Цементации твердым карбюризатором подвергались детали машин и инструменты в печах периодического действия (камерных) и в печах непрерывного действия (толкательных с мазутным обогревом) на автомобильных, тракторных и самолетостроительных заводах применялся преимущественно древесноугольный твердый карбюризатор (ГОСТ 2407-51). Жидкое цианирование было наиболее распространено на Горьковском автозаводе, где в качестве цианизатора использовались соли с цианидом натрия или калия [81] на других заводах применялись соли с цианидом кальция. Азотированию подвергались преимущественно детали авиационных двигателей коленчатые валы из стали 18ХНВА, гильзы цилиндров из стали 38ХМЮА и др.  [c.149]

На первых стадиях внедрения поверхностной закалки с индукционным нагревом для деталей железнодорожного транспорта не были учтены особенности границы закаленной и незакаленной зон деталей, что приводило к понижению долговечности деталей (например, пальцев кривошипов и зубьев зубчатых передач). Ослабление граничной зоны может происходить по двум причинам. Во-первых, около поверхностнозакаленного слоя может быть нарушена исходная структура металла. Во-вторых, около закаленного слоя могут образовываться зоны с остаточными растягивающими напряжениями. В ряде случаев граница закаленной и незакаленной зон по технологическим причинам остается в опасном месте деталей (шейки коленчатых валов, галтельные переходы зубьев зубчатых колес и др.). В подобных случаях целесообразно после термической обработки применять местную пластическую деформацию деталей.  [c.311]

Клапаны — Термическая обработка—Типо вые режимы 7 — 486 Коленчатые валы — Термическая обря ботка — Типовые режимы 7 — 484 Конструктивное оформление 10 — 34  [c.54]


Установка для закалки шеек коленчатых валов токами высокой частоты

Конструкторская разработка - Установка для закалки шеек коленчатых валов токами высокой частоты.

Термическая обработка –закалка шеек коленчатых валов тракторных ДВС является важной операцией в ремонтном процессе, так как обеспечивает износостойкость этой детали и соответственно определяет послеремонтный ресурс двигателя и его эксплуатационную надежность. Осуществление этой технологической операции наиболее рационально проводить с использованием такого физического явления, как разогрев металлической поверхности под действием электромагнитной индукции переменных токов высокой частоты (ТВЧ). Эта технология термообработки в настоящее время относится к прогрессивным и используется во многих современных машиностроительных и ремонтных производствах.

На этом основывается решение использовать технологию закалки шеек коленчатых валов токами высокой частоты в ремонтном производстве цеха восстановления коленчатых валов.

3.1 Устройство и работа установки

Установка для закалки шеек коленчатых валов тракторных ДВС является стационарной. Устанавливается на обычном фундаменте, но с диэлектрическим покрытием.

Каркас установки выполняется сварным из стального проката стандартного профиля.

В левой части каркаса размещен механизм вращения закаливаемого коленчатого вала. В средней части каркаса размещена рабочая камера. В правой части каркаса размещена гидравлическая станция и шкаф электроуправляющего оборудования с пультом управления.

Механизм вращения предназначен для поворачивания (вращения) коленчатого вала в процессе термообработки его шеек. Источником вращения в механизме является электрический двигатель асинхронный АО2-22-6 с характеристиками: мощность N = 1,1 кВт, частота вращения n = 1000 об/мин.

Передача вращения к конечному валу осуществляется через редуктор с изменяемым передаточным числом и цепную передачу. Кинематический расчет привода выполнен в следующем разделе. Рабочий вал механизма вращения для обеспечения минимального радиального смещения, что требует технология закалки, установлен в подшипнике скольжения на отдельной опоре (левая). Конец вала с план-шайбой на торце входит в камеру обработки. Планшайба служит для прикрепления конца закаливаемого вала и передачи ему вращательного движения. Вторым концом коленчатый вал через имеющееся в нем конусное гнездо опирается на подвижную ось с коническим коцевиком правой опоры. Правая опора люнетного типа обеспечивает точное центрирование и свободное вращение коленчатого вала в процессе термообработки. Таким образом, технологическое положение коленчатого вала – горизонтальное и размещается он в камере обработки.

Пространство камеры обработки ограждено защитными стенками из прозрачного пластика. В передней части камеры имеется поднимающаяся крышка. Через нее в камеру помещается и извлекается после обработки коленчатый вал, осуществляется контрольно-наладочные операции. Днище камеры представляет собой воронку с отводной трубой. В воронку собирается охлаждающая жидкость, стекающая с вала после закалки. По трубе она самотеком возвращается в бак гидростанции. Емкость бака 200 л. Гидростанция включает также центробежный насос ПА - 120/3, создающий давление в подающей ветви охлаждающей гидросистемы 0,2…0,5 МПа. Насос приводится в движение асинхронным трехфазным электродвигателем АО2-11-6,

N=0,4 кВт, n=1000об./мин.

Гидростанция снабжена гидрораспределителем с электромагнитным управлением. Управление осуществляется автоматическим устройством на базе реле времени РВ-V-0,5-10.

Данное автоуправляющее устройство обеспечивает поочередную подачу воды с заданной выдержкой вначале для охлаждения нагревающего индуктора затем для закалочного охлаждения шеек коленчатого вала.

Для индукционного разогрева термообрабатываемых шеек в установке используются катушки-индукторы. В разработанной установке их 4, что позволяет одновременно закаливать четыре шейки. Конструкция индуктора показана на листе 5 графической части. Он состоит из двух сегментов представляющий две независимые катушки, охватывающих шейку. Между собой сегменты в одном месте соединены шарнирно. Это позволяет их разводить для помещения на шейку, сводить для образования замкнутой индукционной системы и для регулировки зазора между индуктором и поверхностью шейки. Для этого используется затяжной винт. Каждый индуктор-сегмент выполнен из медной трубки, к которой подсоединен токоподводящий провод, а внутрь индуктора, через гибкую трубу, от гидростанции подается охлаждающая жидкость – вода. Ее температура должна быть 14…20°С.

Для реализации метода последовательно-непрерывной закалки применяемого в данной технологии, когда нагрев и закалка производится отдельными участками, процесс термообработки необходимо вести при движущемся (вращающемся) вале [ ]. Для осуществления этого условия в установке разработана конструкция шарнирного узла крепления индукторов, позволяющая одновременно термообрабатывать четыре шейки.

Устройство этого узла показано на листе 5. Узел крепления каждого индуктора размещен на общей цилиндрической штанге. Корпус узла (ползун) посажен на штангу по подвижной посадке и свободно может перемещаться относительно нее. В ползуне имеется прямоугольное отверстие, в которое по посадке с зазором помещен стержень прямоугольного сечения, на конце которого закреплен индуктор.

При вращении вала индукторы за счет стержней удерживаются на шейках. Стержни в свою очередь вторым концом удерживаются на штанге ползунами, которые позволяют стержням совершить маятниковые движения.

Работу установки обеспечивает высокочастотная электросистема, которая состоит из следующих элементов: машинный генератор ВМГ-8-07; электродвигатель приводной; трансформатор ТЗЗ-200; конденсаторная батарея; индуктор; реле времени; контактор; электроуправляемый пневмогидравлический клапан.

Трансформатор понижает напряжение до 60В и увеличивает силу тока до 5000-8000А.

Работает установка следующим образом. Вал, шейки которого предстоит подвергнуть закалке, помещается в камеру обработки и закрепляется одним концом на план-шайбе, вторым – на поджимной центрирующей опоре.

На закаливаемые шейки устанавливаются индукторы. Затем закрывается крышка камеры. После этого запускается механизм вращения коленчатого вала, с включенной передачей КПП, в зависимости от вида закаливаемой шейки. Запускается гидростанций и подается охлаждающая вода в индуктор, которая проходит через него в течение всего времени термообработки.

Нажатием кнопки на пульте управления подается высокочастотный ток в индукторы. Причем могут быть включены один, два, три или четыре индуктора одновременно. При прохождении переменного тока через индуктор вокруг его провода возникает магнитное поле, напряженность которого периодически изменяется во времени по величине и направлению. Напряженность магнитного поля будет наибольшей внутри витка индуктора вблизи провода.

Помещенная внутрь индуктора металлическая цилиндрическая шейка пронизывается магнитным потоком, вызывая в ней индуктированный ток. Индуктированный ток следствие эффекта близости будет сконцентрирован под проводом индуктора. Так, индуктированный в поверхностном слое шейки вызывает быстрый его разогрев. Ширина полосы нагрева, ее форма и равномерность нагрева поверхности зависят от формы индуктора. Таким образом, с помощью индуктора электромагнитная энергия, и соответственно выделение теплоты концентрируется в заданной области металлической поверхности.

Для осуществления закалки поверхности шейки разогретый участок быстро охлаждается водой, которая подается из отверстия подающего спрейера – трубка с запаянным одним концом. Расположена рядом с индуктором.

В настоящей установке используется непрерывно-последовательный принцип закалки, когда нагреву подвергается небольшой участок шейки, причем шейка в индукторе вращается с определенной скоростью (расчет скорости приводится). В этом случае происходит последовательный нагрев и последующая закалка одного участка шейки за другим. Закалка всей поверхности шейки происходит за один ее полный оборот (360°) в индукторе, что соответствует полному обороту коленчатого вала.

Данный принцип закалки ТВЦ цилиндрических деталей и в частности шеек коленчатых валов наименее энергоемкий и технологически эффективный.

Расчеты подтверждающие работоспособность установки

Расчет электрических параметров установки

Исходным параметром для расчета режимов закалки является необходимая глубина закаленного слоя детали.

Согласно ГОСТ 8007-87, глубина закаленного слоя рабочих поверхностей шеек вала должна быть в пределах 3…5 мм.

По рекомендации [ ] для нагрева наиболее рационально использовать машинные генераторы с частотой 8 кГц. Продолжительность нагревательных импульсов определяю по номограмме в зависимости от требуемой глубины закалки [ рис. 29]. По этой же номограмме определяю мощность отдаваемую в деталь при нагреве ~18 кВт. Коэффициент полезного действия индуктора при этом

где =0,75 – к. п.д. трансформирующей части индуктора;

– к. п.д. закалочного трансформатора;

– к. п.д. конденсаторной батареи, фидера и др.

Тогда ориентировочная мощность для закалки одной шейки:

кВт

Т. к. закалке подвергаются одновременно четыре шейки, то мощность генератора должна быть:

кВт

Следовательно для работы установки достаточно имеет два генератора мощностью 80 кВт каждый.

Для определения тока и напряжения в индукторе использую графические зависимости [ рис. 20]. Для индуктирующего провода шириной 20 мм и частоте 8кГц, при глубине закаленного слоя и одновитковом индукторе ток должен быть:

По графическим зависимостям [ ] для цилиндрической детали 88 мм (диаметр коренной шейки коленчатого вала), закаливаемой на глубину 3…5 мм, при частоте 8 кГц и зазоре между поверхностью шейки и индуктором, определяют напряжение на 1 виток 8В. эта величина равна также падению напряжения в двух полувитках проводов объемной части индуктора. К ней нужно добавить падение напряжения на соединительных шинах, сопротивление которых определяет как для уединенного проводника (по расчетам оно равно ) и полное напряжение, подводимое от вторичного витка трансформирующей части равное от передаваемого. В результате получили 10,5В.

Так как коэффициент трансформации трансформирующей части равен 1:2, то в цепи последовательно включенных четырех индуктирующих полувитковых проводов неподвижной части индуктора будет действовать противоэлектродвижущая сила, т. е. 10,5X2 = 21 В.

Падение напряжения на каждом из четырех полувитков индуктирующих проводов неподвижной части принимаем таким же, что и для верхних полувитков, т. е. по 8 В.

Суммируя (для простоты алгебраически) эти падения напряжения с противоэлектродвижущей силой, получим напряжение на индукторе без учета падения на шинах: (21) + (4х8) = 53В. Принимая относительное падение на токоподводящих шинах равным 10% от подводимого, получим напряжение на зажимах индуктора Uн60В. Ток индуктора для закалки двух кулачков благодаря последовательному включению полуиндукторов неподвижной части (как для двухвиткового) будет равен половине найденной, т. е. 2 кА.

Таким образом, полная (кажущаяся) мощность систем индуктор-трансформатор для закалки двух кулачков равна 10 кВт-А, а для четырех кулачков, нагреваемых двумя рассмотренными индукторами, подключенных к трансформатору в параллель, будет равной 240 кВт-А.

С учетом увеличения реактивной мощности за счет рассеяния закалочного трансформатора (~10%)и для компенсации индук­тивного сопротивления фидера и обмоток генератора (100% от мощности, отдаваемой генератором) можно оценить необходимую мощность конденсаторной батареи равной

240 + 24 + 170 = 434 кВ-А.

Для непрерывно-последовательного закалочного нагрева необходимо скорость движения поверхности детали относительно индуктора определим как [ ]:

м/с

ви=20 мм – ширина индуктора;

h=3мм – зазор между индуктором и деталью;

=4 сек. – время нагрева элемента поверхности.

Полученную рассчитанную скорость движения поверхности шейки относительно индуктора использую для кинематического расчета привода установки.

Расчет кинематики и мощности привода

Необходимая частота вращения коленчатого вала для выполнения закалки шатунных шеек:

об./мин.

где Rk=90мм – радиус кривошипа коленчатого вала дизеля СМД 60;

=77мм – диаметр шатунной шейки.

Частота вращения коленчатого вала для выполнения закалки коренных шеек:

об./мин.

где Dk=88 мм – диаметр коренной шейки коленчатого вала дизеля СМД 60.

Общее передаточное число привода при принятом числе оборотов приводного двигателя nдв.=1000 об. мин.

Т. о. для обеспечения технологического скоростного режима привод должен иметь изменяющееся передаточное число. Достичь этого можно, применив в приводе двухскоростной редуктор (коробку перемены передач).

Установив для цепной передачи передаточное число iy=3,1, значение передаточных чисел для редуктора должно быть:

;

.

Проведенный кинематический расчет передачи указывает на необходимую конструкцию редуктора в виде двухпозиционной коробки перемены передач.

Однако для придания установке универсальности, т. е. возможности термообрабатывать коленчатые валы различных типо-размеров, что вполне позволяет устройство камеры обработки, привод вращения вала долен иметь свойство более плавно изменять частоту вращения. Этого можно достичь, например, применив гидравлическое оборудование.

Расчет мощности электродвигателя привода. Данный расчет необходим для выбора электродвигателя к конструкции установки. Предварительно необходимо рассчитать величину вращающего момента от сил сопротивления. Общий момент вращающей момент сопротивления определяется как сумма следующих составляющих:

Момент от трения в опорах приводного вала и монетной оси:

нмм;

где f=0,15 – коэффициент трения в подшипнике скольжения;

=1,7 – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения давления в опорах;

D = 57мм – номинальный диаметр подшипника скольжения;

Q = 42 кг – сила веса коленчатого вала двигателя СМД-62.

Момент от сил трения стрежня несущих индуктор в направляющих ползуна определяется в соответствии с расчетной схемой.

Нмм

где n = 4 – количество одновременно закаливаемых шеек;

R = 85 мм – радиус кривошипа коленчатого вала.

Сила трения в направляющей:

н

Сила прижатия стержня к стенкам направляющей определяется в основном величиной электромагнитного взаимодействия индуктора и металлической поверхности шейки. Сила торможения на единицу поверхности при силе тока ампер ~ q = 5,0 Н/см2 [ ].

Тогда индукционная сила торможения:

н;

где Dкш=77мм – диаметр коренной шейки;

=40 мм – длина коренной шейки;

К0=0,85 – коэффициент охвата детали индуктором;

Сила прижатия:

н

Момент сопротивления от действия индукционной силы торможения

Нмм

Общий момент сопротивления:

Нмм

Необходимая мощность для вращения коленчатого вала в процессе закалки

1/сек.

где nk=325 об./мин. – частота вращения коленчатого вала при закалке коренных шеек.

Расчетная мощность электродвигателя для привода:

Ориентируясь на расчетное значение, выбираю асинхронный трехфазный электродвигатель АО2-22-6

N=5кВт; n=1000об./мин.

Расчет и выбор посадки для опор приводного вала

В описание конструкции указывалось, что приводной вал установки размещен в опоре на подшипнике скольжения. Правильность назначения посадки для данного сопряжения во многом определяет качество закалки и надежность работы установки.

Исходные данные к расчету:

номинальный диаметр сопряжения 57 мм

давление q=2,14 мПа.

угловая скорость ω=34с-1.

динамическая вязкость смазки η=0,002 Па с.

шероховатость поверхностей:

отверстия RID=1,6 мкм.

вала RId=1,6 мкм.

Определим оптимальный зазор в подшипнике, при котором обеспечивается наилучший тепловой режим работы.

.

Найдем величину расчетного зазора.

.

Выбираем стандартную посадку, удовлетворяющую условию .

Такому условию соответствует предпочтительная посадка в системе отверстия.

Ø 57 ,

.

у которой .

Определим наименьшую толщину масляного слоя при наибольшем зазоре стандартной посадки.

.

Проведем проверку на достаточность толщины масляного слоя.

Условие выполняется.

Расчет прочности приводного вала

– нагрузка на вал от цепной передачи; – вес коленчатого вала; Мс – момент сопротивления вращения вала.

Нагрузку на вал от цепной передачи определяю по формуле:

Окружное усилие в цепной передаче:

где dд=320 мм – делительный диаметр ведомой звездочки цепной передачи.

Из схемы нагружения вала видно, что он находится в сложнонапряженном состоянии от одновременно действующих изгибающего момента, создаваемого силами и и от вращающего моменте от Мс.

В этом случае расчет выполняется по эквивалентному напряжению. Расчет выполняем для сечения I-I, оно более опасно, т. к. здесь вал имеется меньший диаметр d=42, чем на остальных своих участках. Условие прочности при расчете:

Эквивалентное напряжение определяется по формуле:

Напряжения изгиба в сечении вала I-I:

Изгибающий момент в сечении I-I:

Касательное напряжение в сечение вала I-I:

Тогда эквивалентное напряжение:

Допускаемое напряжение изгиба для проверяемого вала, который изготовлен из стали 45, у которой предел выносливости:

При сравнении действительных и допускаемых напряжений видно, что условие прочности выполняется, т. е.

.

Т. е. спроектированный узел работоспособен и надежен в эксплуатации.

Выводы. Проведенные электрические, кинематические, прочностные расчеты подтверждают работоспособность установки.

Как работает коленвал - Все подробности

При сгорании топлива поршень выстреливает прямо вниз по цилиндру, работа коленчатого вала заключается в преобразовании этого поступательного движения во вращение - в основном за счет поворота и подталкивания поршня вверх по цилиндру.

Терминология коленчатого вала достаточно специализированная, поэтому мы начнем с названия нескольких частей. А журнал это часть вала, которая вращается внутри подшипника. Как видно выше, шейки коленчатого вала бывают двух типов: коренные шейки образуют ось вращения коленчатого вала, а шатунные шейки закреплены на концах шатунов, доходящих до поршней.

Для дополнительной путаницы шейки шатунов сокращенно обозначаются как шейки шатунов и также обычно называются шатуны , или цапфы головные . Цапфы стержней соединены с главными шейками посредством полотна .

Расстояние между центром коренной шейки и центром пальца коленчатого вала называется радиус шатуна , также называемый ход кривошипа . Это измерение определяет диапазон хода поршня при вращении коленчатого вала - это расстояние сверху вниз известно как ход .Ход поршня будет в два раза больше радиуса кривошипа.

Задний конец коленчатого вала выходит за пределы картера и заканчивается фланец маховика . Этот прецизионно обработанный фланец прикреплен болтами к маховик , большая масса которого помогает сгладить пульсацию поршней, срабатывающих в разное время. Через маховик вращение передается через трансмиссию и главную передачу на колеса. В АКПП коленчатый вал прикручен к кольцевая шестерня , несущий гидротрансформатор, передавая привод на автоматическую коробку передач.По сути, это мощность двигателя, а мощность передается туда, где она необходима: гребные винты для лодок и самолетов, индукционные катушки для генераторов и опорные колеса транспортного средства.

Передний конец коленчатого вала, иногда называемый носиком, представляет собой вал, выходящий за пределы картера. Этот вал будет заблокирован с зубчатым колесом, которое приводит в движение клапанный механизм через зубчатый ремень или цепь [или, в высокотехнологичных приложениях, зубчатые передачи], и шкив, который передает мощность через приводной ремень на такие аксессуары, как генератор переменного тока и водяной насос. .

Детали коленчатого вала

Основные журналы

коренные шейки или просто главные шейки зажаты в блоке двигателя, и двигатель вращается вокруг этих шейек. Все шейки коленчатого вала будут обработаны идеально гладкими и круглыми и часто закалены. Основные шейки закреплены в седлах, в которых установлена ​​сменная вкладыш подшипника буду сидеть. Подшипник мягче, чем шейка, и может быть заменен по мере износа и предназначен для поглощения небольшого количества загрязнений, если таковые имеются, чтобы не повредить коленчатый вал.А крышка коренного подшипника затем прикручивается к шейке болтами и затягивается с точным крутящим моментом.

[Схема главной цапфы с подшипниками и отверстиями]

Цепи движутся по масляной пленке, которая вдавливается в пространство между шейкой и подшипником через отверстие в седле коленчатого вала и соответствующее отверстие во вкладыше подшипника. При правильном давлении масла и подаче масла шейка и подшипник не должны соприкасаться.

Шатунные шейки

шатунные шейки смещены от оси вращения и прикреплены к большие концы шатунов поршней.Как ни странно, их также часто называют шатуны или Шатунные опоры . Подача масла под давлением идет через наклонный масляный канал, просверленный от основной шейки.

В некоторых шатунах просверлено отверстие для масла, позволяющее распылять масло на стенку цилиндра. В этом случае опорные подшипники шатуна будут иметь канавку для подачи масла в шатун.

Смазка коленчатого вала

Контакт металл-металл - враг эффективного двигателя, поэтому и главные шейки, и шейки стержней движутся по масляной пленке, которая находится на поверхности подшипника.

Подать масло к коренному подшипнику скольжения легко: масляные каналы от блока цилиндров ведут к каждому седлу коленчатого вала, а соответствующее отверстие в корпусе подшипника позволяет маслу достигать шейки.

Подшипники шейки шатуна требуют такой же смазки, но они вращаются вокруг коленчатого вала со смещением. Для подачи масла к этим подшипникам масляные каналы проходят внутри коленчатого вала - через главную шейку, по диагонали через перемычку и через отверстия в шейках шатунов.Канавка в подшипнике коренной тяги позволяет маслу непрерывно продавливаться по каналу к шейкам шатунов, чему способствует выброс наружу центробежной силой вращающегося коленчатого вала.

Зазоры между шейками и подшипниками являются основным источником давления масла в двигателе. Если зазоры слишком велики, масло вытекает свободно, а давление не поддерживается. Слишком малые зазоры вызовут высокое давление масла и риск контакта металла с металлом. Поэтому важно, чтобы зазор между подшипниками и шейками измерялся при ремонте двигателя.

Противовесы

Коленчатый вал подвержен сильным вращающим силам, а масса шатуна и поршня, движущиеся вверх и вниз, оказывает значительную силу. Противовесы отлиты как часть коленчатого вала, чтобы уравновесить эти силы. Эти противовесы обеспечивают более плавную работу двигателя и более высокие обороты.

Коленчатый вал балансируется на заводе. В этом процессе прикрепляется маховик, и весь узел вращается на машине, которая измеряет, где он находится вне баланса. Балансировочные отверстия просверлены в противовесах для уменьшения веса. Если необходимо добавить вес, просверливается отверстие, которое затем заполняется хэви-металлом или меллори. Это повторяется до тех пор, пока коленчатый вал не будет сбалансирован.

Упорные шайбы коленчатого вала

В какой-то момент по его длине будут установлены две или более упорных шайб, чтобы предотвратить продольное перемещение коленчатого вала. На изображенном коленчатом валу с обеих сторон центральной шейки имеются упорные шайбы.Эти упорные шайбы устанавливаются между обработанными поверхностями перемычки и седла коленчатого вала, поддерживая заданный небольшой зазор и сводя к минимуму величину бокового движения, доступного для коленчатого вала. Расстояние, на которое коленчатый вал может перемещаться из конца в конец, называется его осевым люфтом, и допустимый диапазон будет указан в руководствах по обслуживанию.

В некоторых двигателях эти упорные шайбы являются частью коренных подшипников, в других, как правило, более старых типов, используются отдельные шайбы.

Основные сальники

Оба конца коленчатого вала выходят за пределы картера, поэтому необходимо предусмотреть какой-либо метод предотвращения утечки масла через эти отверстия.Это работа двух основных масляных уплотнений, одного спереди и одного сзади.

задний главный сальник устанавливается между задней главной шейкой и маховиком. Обычно это манжетное уплотнение из синтетического каучука. Прокладка вдавливается в углубление между блоком цилиндров и масляным поддоном. Уплотнение имеет фасонную кромку, которая плотно прижимается к коленчатому валу пружиной, называемой подвязкой.

Неисправное масляное уплотнение является серьезной проблемой, поскольку оно находится рядом с главными шейками, которые получают и нуждаются в хорошей подаче масла под давлением.В сочетании с вращением коленчатого вала это приводит к быстрой потере моторного масла из-за любого нарушения сальника.

сальник передний похож на задний, хотя его выход из строя менее катастрофичен, и к нему легче получить доступ. Передний сальник будет за шкивами и шестерней привода ГРМ.

Сальник сам по себе является дешевой деталью, но для доступа к нему требуется много труда по снятию трансмиссии, сцепления, маховика и, возможно, коленчатого вала.Поэтому рекомендуется заменять сальники каждый раз, когда двигатель разбирается и детали доступны.

Схемы коленчатого вала

Базовый коленчатый вал, показанный выше, от рядного 4-цилиндрового двигателя. Другие конструкции коленчатого вала будут зависеть от компоновки двигателя. Более подробно эта тема освещена в статье о компоновке двигателя. Но следует отметить, что в двигателях V-образной формы и W два шатуна могут иметь общую шейку штока.Ниже показаны некоторые типовые схемы коленчатого вала.

Коленчатый вал V6

Коленчатый вал V6 является в некотором роде специализированным, потому что он требует, чтобы шейки шатуна были разделены для поддержания равномерного интервала зажигания. Это требует, чтобы цапфы стержней были расколоты или раздвинуты, что известно как шплинт или Журнал разъемный дизайн.

Неисправности

Коленчатый вал, будучи очень прочным, является надежным элементом, и отказы коленчатого вала случаются редко, если только двигатель не работает в экстремальных условиях.

Изношенные журналы

Без достаточного давления масла шейки коленчатого вала будут контактировать с опорными поверхностями, постепенно увеличивая зазор и ухудшая давление масла. В крайнем случае это может привести к разрушению подшипников и серьезному повреждению двигателя. Если журналы изношены до предела, предусмотренного для их использования, или уже не имеют идеально круглой формы, их необходимо отшлифовать, как описано ниже.

Усталость

Постоянные силы, действующие на коленчатый вал, могут привести к усталостным трещинам, обычно обнаруживаемым на галтеле, где шейки соединяются со стенкой.Гладкий радиус этого галтеля имеет решающее значение для предотвращения слабых мест, ведущих к усталостным трещинам. Коленчатый вал можно проверить на наличие трещин с помощью магнитофлюкс .

Модификации и обновления

Шлифовка коленчатого вала

Журналы изнашиваются со временем. У них может появиться шероховатая поверхность, они могут стать некруглыми или суженными. В этих случаях их поверхность можно восстановить с помощью шлифовки коленчатого вала. Когда коленчатый вал заточен, его шейки будут уменьшаться в диаметре и, следовательно, увеличиваться в размерах, поэтому потребуется установка более толстых подшипников.

Коленчатые валы Stroker

Объем цилиндра можно увеличить, перемещая поршни на более длинный ход. Ход двигателя определяется радиусом кривошипа, который представляет собой расстояние между шейками шатуна и коренными шейками. Коленчатый вал с большим радиусом коленчатого вала будет производить более длинный ход и больший объем цилиндра - это известно как коленчатый вал с ходовым механизмом. При установке строкера потребуются более короткие шатуны. В противном случае поршни могут перемещаться в цилиндре слишком высоко, вызывая неприемлемо более высокое сжатие или удар о крышу цилиндра.

Коленчатые валы Stroker

для часто модифицируемых двигателей продаются в комплекте с более короткими шатунами и поршнями. Строкер-комплект для двигателя Mazda MX5 Miata 1.8L может преобразовать его в двигатель 2L по цене около 5500 долларов.

Офсетное шлифование

Альтернативой установке коленчатого вала с ходовым механизмом является шлифовка шейки шатуна до меньшего размера со смещением - таким образом, центр шейки смещается от средней линии коленчатого вала.Это проиллюстрировано выше.

Видно, что при перемещении центра шейки штока радиус кривошипа был увеличен, что привело к увеличению хода. Это специализированная обработка, и достигаемое увеличение хода будет зависеть от толщины шейки.

Как делается коленчатый вал

В большинстве серийных двигателей используется чугунный коленчатый вал, который изготавливается путем заливки расплавленного чугуна в форму. Кованые коленчатые валы используются в некоторых высокопроизводительных двигателях.Кованый коленчатый вал изготавливается путем нагревания стального блока до докрасна, а затем с использованием чрезвычайно высокого давления для придания ему формы.

После ковки или литья коленчатого вала его шейки и опорные поверхности обрабатываются идеально гладкими. Просверливаются масляные каналы или масляные каналы. Серийные двигатели обычно оставляют перемычки с их первоначальной черновой отделкой, но двигатели с высокими рабочими характеристиками обрабатывают каждую часть коленчатого вала, чтобы уменьшить сопротивление масла.

Шейки должны быть тверже, чем их подшипники, чтобы износ заменялся на подшипниках, а не на коленчатом валу, который должен служить в течение всего срока службы двигателя.Производственный процесс будет включать упрочнение этих участков посредством азотирования или термообработки.

Коленчатые валы с исключительно высокими характеристиками и нестандартными характеристиками изготавливаются из блока твердого материала, в результате чего получается коленчатый вал в виде заготовки. Производство одноразового коленчатого вала с помощью этого процесса будет стоить как минимум около 3000 долларов, поэтому он предназначен для соревнований, гонок и восстановления.

.

Руководство по коленчатым валам • Muscle Car DIY

Коленчатый вал - это сердце двигателя. Следовательно, он должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать динамические требования двигателя, а это значит, что он должен выдерживать определенные нагрузки по мощности и крутящему моменту. Он также должен справляться с частотой вращения коленчатого вала и отклоняющими силами, возникающими при срабатывании цилиндра. Зазоры коренных и шатунных подшипников должны быть правильными, чтобы поддерживать коренные шейки коленчатого вала и большие концы шатунов. Кроме того, кривошип должен быть прямым, чтобы исключить сопротивление качению и предотвратить износ подшипников, и он должен быть надлежащим образом сбалансирован с вращающимися и совершающими возвратно-поступательное движение узлами.


Этот технический совет взят из полной книги СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ БЛУЭПРИНТИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ: ПРАКТИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО ПО СОЗДАНИЮ ТОЧНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. Подробное руководство по этому вопросу вы можете найти по этой ссылке:
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ ОБ ЭТОЙ КНИГЕ

ПОДЕЛИТЬСЯ СТАТЬЕЙ: Пожалуйста, не стесняйтесь поделиться этой статьей на Facebook, на форумах или в любых клубах, в которых вы участвуете. Вы можете скопировать и вставить эту ссылку, чтобы поделиться: https: // musclecardiy.ru / performance / how-to-blueprint-motors-crankshafts-guide /


Типы коленчатого вала

Коленчатые валы современные предлагаются в трех основных конструкциях: литые, кованые и заготовки. Литые шатуны подходят для мощности от 300 до 500 л.с., в зависимости от области применения. Шатуны из кованой стали, в зависимости от марки стали, рассчитаны на мощность до (а часто и выше) 1000 л.с. Коленчатые валы из заготовок представляют собой предел прочности для высокой мощности и в основном используются в гонках профессионального уровня.


Сверхлегкие кривошипы для гоночных двигателей доступны со снятыми противовесами, цапфами с перфорацией и т. Д. С целью уменьшения вращательного веса. Кроме того, популярная модификация предполагает обкатку и обрезку кромок противовесов. Выпуклый (закругленный профиль) и острие (более узкий профиль с фаской) вместе создают "аэродинамическое" поперечное сечение конца противовеса. Профиль с выпуклым носом находится на переднем конце противовеса, в то время как кромка ножа находится на заднем конце, аналогично по концепции поперечному сечению крыла самолета.Теоретически уменьшаются такие факторы сопротивления, как сопротивление воздуха и сцепление с маслом. Для уличного паровоза это не стоит времени и усилий. Зарезервируйте это для гонок, где (теоретически) вы получите преимущества в виде снижения сопротивления воздуха и увеличения смазки. (Фото любезно предоставлено Кэллисом)

Коленчатые валы литые

Первый этап процесса литья включает заливку расплавленной смеси железа и других сплавов в форму из двух частей. Отливка охлаждается, затвердевает и выходит из формы.На этом этапе происходит чистовая обработка: обработка всех цапф; доработка противовесов, фланцев и носа; сверление / нарезание отверстий под болты маховика; и бурение критических масляных каналов. В процессе литья создается случайная зернистая структура, а материал относительно пористый, поэтому литая рукоятка подвержена растрескиванию и разрушению при высоких нагрузках. Четкая «линия разъема» половин формы определяет литые кривошипы.

Кованые коленчатые валы

Кованый кривошип начинается с плотного кованого куска стали.Хотя конкретные процедуры могут отличаться у производителей коленчатых валов на вторичном рынке, кованые коленчатые валы обычно изготавливают, начиная со стального слитка, который нагревают до температуры около 2200 градусов по Фаренгейту, помещают в его формовочную матрицу и штампуют прессом / молотком до грубой формы. Огромное давление (около 240000 фунтов на квадратный дюйм при каждом ударе) уплотняет молекулы стали в очень плотную зернистую структуру, обеспечивая повышенную прочность.


Кованые коленчатые валы значительно прочнее литых.Структура зерен более однородная и плотная, что снижает склонность поковки к растрескиванию и растрескиванию.

Любая лишняя сталь, которая вытесняется из матрицы, затем обрезается, обычно в процессе резки. Затем черновая поковка подвергается термообработке и отпуску. Затем следует чистовая обработка и снятие напряжений. Снятие напряжения выполняется для устранения любых внутренних напряжений, которые могли возникнуть во время обработки. Наконец, выполняется поверхностное упрочнение. Использование плотных стальных слитков, кованных под действием тепла и давления, позволяет получить гораздо более прочный коленчатый вал, который имеет гораздо большее сопротивление растрескиванию, чем отливка.


.

Материалы коленчатого вала


Материалы коленчатого вала должны быть легко обработаны, подвергнуты механической обработке и термообработке, а также иметь соответствующую прочность, ударную вязкость, твердость и высокую усталостную прочность. Коленчатый вал изготавливается из стали методом ковки или литья. Вкладыши коренного подшипника и шатунного подшипника изготовлены из баббита, сплава олова и свинца. Кованые коленчатые валы прочнее литых, но стоят дороже. Кованые коленчатые валы изготавливаются из стали марки SAE 1045 или аналогичной.Поковка позволяет получить очень плотный и прочный вал с зерном, идущим параллельно направлению главного напряжения. Коленчатые валы отливаются из стали, модульного чугуна или ковкого чугуна. Основное преимущество процесса литья состоит в том, что материал коленчатого вала и затраты на обработку снижаются, поскольку коленчатый вал может быть изготовлен близко к требуемой форме и размеру, включая противовес. Литые коленчатые валы могут выдерживать нагрузки со всех сторон, поскольку структура металлического зерна однородна и случайна по всей длине. Противовесы на литых коленчатых валах немного больше, чем противовесы на кованых коленчатых валах, потому что литой металл менее плотный и, следовательно, несколько легче.

Обычно автомобильные коленчатые валы в прошлом выковывались, чтобы иметь все желаемые свойства. Однако с развитием чугуна с шаровидным графитом и усовершенствованием технологий литейного производства, теперь предпочтение отдается литым коленчатым валам при умеренных нагрузках. Кованые валы предпочтительны только для тяжелых условий эксплуатации. Выбор материалов коленчатого вала и термообработки для различных применений заключается в следующем.


(i) Сталь марганцево-молибденовая.

Это относительно дешевая ковочная сталь, которая используется для коленчатых валов бензиновых двигателей средней мощности.Этот сплав состоит из 0,38% углерода, 1,5% марганца, 0,3% молибдена и остального железа. Сталь подвергается термообработке закалкой в ​​масле от температуры 1123 К с последующим отпуском при 973 К, в результате чего твердость поверхности составляет около 250 по числу Бринелля. Благодаря такой твердости поверхности вал подходит как для подшипников с оловянно-алюминиевым, так и свинцово-медным покрытием.

(ii) 1% -хромолибденовая сталь.

Эта кузнечная сталь используется для коленчатых валов бензиновых и дизельных двигателей средней и большой мощности.В состав этого сплава входят 0,4% углерода, 1,2% хрома, 0,3% молибдена и остальное железо. Сталь подвергается термообработке путем закалки в масле при температуре 1123 К с последующим отпуском при 953 К. Это обеспечивает твердость поверхности около 280 по числу Бринелля. Для использования более твердых подшипников шейки могут быть закалены пламенем или индукционным нагревом до числа Бринелля 480. Для очень тяжелых условий эксплуатации процесс азотирования позволяет получить поверхность с числом алмазной пирамиды 700 (DPN). Эти опорные поверхности подходят для всех подшипников с оловянно-алюминиевым и бронзовым покрытием.

(iii) Никель-хром-молибденовая сталь с содержанием 2,5%.

Эта сталь используется для дизельных двигателей, работающих в тяжелых условиях. В состав этого сплава входят 0,31% углерода, 2,5% никеля, 0,65% хрома, 0,55% молибдена и остальное железо. Сталь сначала подвергается термообработке путем закалки в масле от температуры 1003 К, а затем отпускается при подходящей температуре, не превышающей 933 К. Это обеспечивает твердость поверхности в районе числа Бринелля 300. Эта сталь немного дороже марганцево-молибденовых и хромомолибденовых сталей, но имеет улучшенные механические свойства.

(iv) Сталь с 3% хромомолибденом или 1,5% хромом-алюминием-модибденом.

Эти кованые стали используются для коленчатых валов дизельных двигателей, пригодных для подшипников из твердых материалов с высокой усталостной прочностью. Легирующие композиции включают 0,15% углерода, 3% хрома и 0,5% молибдена или 0,3% углерода, 1,5% хрома, 1,1% алюминия и 0,2% молибдена. Первоначальной термообработкой для обеих сталей является закалка в масле и отпуск при 1193 К и 883 К или 1163 К и 963 К соответственно для двух сталей.Валы закалены азотированием, так что азот поглощается их поверхностными слоями. Если азотирование выполняется хорошо в галтелях цапфы, усталостная прочность этих валов увеличивается как минимум на 30% по сравнению с валами с индукционной закалкой и валами с поверхностной закалкой пламенем. Сталь с 3% -ным содержанием хрома имеет относительно твердую поверхность и твердость от 800 до 900 DPN. С другой стороны, кожух из стали с содержанием 1,5% хрома имеет тенденцию быть немного более хрупким, но имеет повышенную твердость порядка 1050–1100 DPN.

(v) Чугуны с шаровидным графитом.

Эти чугуны также известны как чугуны со спероидальным графитом или ковкие чугуны. Эти серые чугуны содержат от 3 до 4% углерода и от 1,8 до 2,8% кремния, а узелки графита диспергированы в перлитной матрице вместо образования поддельного графита. Для достижения этой структуры в расплав добавляют около 0,02% остаточного церия или 0,05% остаточного ниагния, или даже то и другое, благодаря чему сера удаляется и в литом материале образуется множество небольших сфероидов.Поверхностная твердость литого чугуна с шаровидным графитом выше, чем у стали аналогичной прочности, их соответствующие твердости составляют от 250 до 300 и от 200 до 250 по числу Бринелля. Пламенная или индукционная закалка позволяет получить поверхность с числами Бринелля от 550 до 580, а также при необходимости может быть применено азотирование.

Чугун с шаровидным графитом обладает преимуществами серого чугуна (то есть низкой температурой плавления, хорошей текучестью и литьем, отличной обрабатываемостью и износостойкостью), а также механическими свойствами стали (т.е. относительно высокой прочностью, твердостью, ударной вязкостью). , удобоукладываемость и закаливаемость).В настоящее время большое количество коленчатых валов как для бензиновых, так и для дизельных двигателей изготавливается из чугуна с шаровидным графитом, а не из более дорогой кованой дорогой кованой стали. Для поддержания несколько более низкой ударной вязкости и усталостной прочности этих чугунов используются большие сечения и максимальное количество основных шеек.

Термическая обработка.

(a) Пламенное и индукционное упрочнение поверхности.

Это методы поверхностного упрочнения стали с содержанием углерода от 0,3 до 0,5% без использования специальных соединений или газов.Основной принцип - быстрое нагревание поверхности с последующей закалкой только водой. Поскольку он нагревается локально, а не нагревает всю массу, упрочнение значительно снижается, и исключается деформация цапфы.

Закалка в пламени осуществляется кислородно-ацетиленовым пламенем при температуре поверхностного слоя от 993 до 1173 К. Температура поверхности зависит от эквивалента содержания углерода различных легирующих элементов в стали. За процессом нагрева следует закалка в воде.Поскольку фактический период нагрева и охлаждения имеет решающее значение, он задается заранее и в большинстве случаев регулируется автоматически.

Индукционная закалка осуществляется путем электрического наведения тепла на закаливаемую поверхность. В этом случае исключается опасность перегрева или ожога поверхности металла, как при закалке пламенем. Индукционная катушка окружает цапфу и пропускает ток высокой частоты. Это индуцирует циркулирующие вихревые токи на поверхности шейки, в результате чего ее температура повышается, и тепло в основном ограничивается внешней поверхностью шейки.В этом процессе, чем выше частота тока, тем ближе тепло к коже. При достижении необходимой температуры ток автоматически отключается, а поверхность одновременно гасится струей воды, которая проходит через отверстия в индукционном блоке.

(б) Азотирование. Процесс поверхностного упрочнения.

В этом процессе цапфы нагреваются до 773 К в течение заданного времени в атмосфере газообразного аммиака, так что азот в газе поглощается поверхностным слоем.Легирующие элементы, такие как хром, алюминий и молибден, присутствующие в стали, из твердых нитридов. Нитриды алюминия образуют очень твердый мелкий корпус. Нитриды хрома диффундируют на большую глубину, чем нитриды алюминия. Молибден увеличивает закаливаемость, улучшает зернистость и повышает ударную вязкость сердечника.

В этом процессе можно напрямую использовать цапфы, отшлифованные до их окончательного размера, так как после азотирования не происходит закалки, что позволяет избежать деформации в отличие от других процессов поверхностного упрочнения.Низкая скорость проникновения через поверхность увеличивает стоимость процесса, например, для получения корпуса глубиной около 0,2 мм требуется 20 часов.

(c) Процесс карбонитрирования и поверхностного упрочнения.

Tufftride ’- это самый известный процесс карбонитрирования в соляной ванне. Коленчатый вал погружается в ванну с расплавом солей при температуре около 853 К на относительно короткое время цикла, составляющее два-три часа. При этом углерод и азот отделяются от солей и диффундируют на поверхность.Поскольку азот более растворим в железе, чем углерод, он диффундирует дальше в материал. На поверхности образуются твердые карбиды железа и вязкие нитриды железа, в результате чего значительно повышается устойчивость к износу, истиранию (отслаиванию поверхности), заеданию и коррозии.

В зависимости от используемой стали этот внешний слой имеет глубину заклинивания от 6 до 16 с твердостью от 400 до 1200 DPN. Под этим внешним слоем избыточный азот переходит в твердый раствор с железом, благодаря чему он укрепляется.Эта внутренняя зона диффузии образует барьер, который предотвращает распространение трещин, ведущих к усталостному разрушению.

Эта поверхностно-упрочняющая обработка, также известная как мягкое азотирование МАХОВИКА, становится все более популярной как для сталей, так и для чугунов и, как ожидается, заменит другие более дорогие процессы для компонентов с использованием простых углеродистых сталей, требующих твердости поверхности и коррозионной стойкости. Этот процесс намного быстрее и дешевле и дает свойства, аналогичные азотированию, но обычно глубина твердости меньше, что может стать проблемой, если вал необходимо переточить.

.

How to Build Racing Engines: Crankshafts Guide

Как и большинство деталей в соревновательном двигателе, коленчатые валы ведут мучительную жизнь, похожую на то, как восемь хулиганов избивают вас снова и снова. Высококлассный гоночный двигатель может создавать давление сгорания от 1400 до 1500 фунтов на квадратный дюйм. Например, если вы примените это давление к поршню диаметром 4,185 дюйма, как в двигателе Sprint Cup, оно преобразуется в силу, превышающую 19 000 фунтов на шейку штока для каждого цилиндра.Это ошеломляюще сжимающая нагрузка даже в нединамических условиях. Коленчатые валы для гоночных автомобилей - довольно жесткие покупатели, но они действительно прогибаются под воздействием прерывистой крутильной нагрузки, создаваемой непрерывной последовательностью работы двигателя. Эта невидимая размерная эластичность (пластичность) необходима для поглощения действующих динамических сил. По размерам он обычно меньше существующего пакета зазоров в подшипниках, поршневого зазора и зазора в пакете колец.


Этот технический совет взят из полной книги, COMPETITION ENGINE BUILDING.Подробное руководство по этому вопросу вы можете найти по этой ссылке:
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ ОБ ЭТОЙ КНИГЕ

ПОДЕЛИТЬСЯ ЭТОЙ СТАТЬЕЙ: Не стесняйтесь поделиться этой статьей на Facebook, на форумах или в любых клубах, в которых вы участвуете. Вы можете скопировать и вставить эту ссылку, чтобы поделиться: https://musclecardiy.com/performance/how руководство по сборке гоночных двигателей коленчатого вала /


Мы говорим о силах, создаваемых фактическим процессом сгорания, но мы также должны учитывать возвратно-поступательную массу, отбрасываемую назад и вперед в каждом цилиндре.Это включает не только поршни, но и пакеты колец, пальцы на запястье, фиксаторы пальцев, малый конец шатуна, а также некоторое количество масла, прилипшего к этим деталям. Какой бы вес ни находился в каждом цилиндре, он непрерывно ускоряется от нулевой скорости до максимальной и обратно до нуля дважды за каждый оборот коленчатого вала. И, конечно же, это происходит в каждом отдельном цилиндре в упорядоченной последовательности, которая имеет тенденцию поглощать мельчайшие изменения.

Коленчатые валы Racing включают в себя многие из основных характеристик, показанных здесь, для обеспечения максимальной прочности и максимальной производительности.

Помимо давления сгорания, коленчатый вал также пытается поддерживать порядок среди всех этих различных масс, разбрасываемых во всех направлениях. Некоторые поршни приближаются (до верхней мертвой точки, ВМТ), другие движутся (вниз, к нижней мертвой точке, НМТ), а некоторые находятся в пути, все со своими собственными ускорениями, скоростями и векторами силы, в значительной степени зависящими от хода, длина штанги и частота вращения двигателя. Возвратно-поступательная масса, прикрепленная к каждой шатунной шейке в сборе, также должна противодействовать ходу кривошипа для поддержания баланса.

Если бы Атлас думал, что удержать мир сложно, он был бы не более счастлив, пытаясь удержаться на восьми бушующих гоночных поршнях на максимальных оборотах. Компоновка V-8 под углом 90 градусов позволяет довольно полно уравновесить первичные и вторичные силы в игре, но не настолько хорошо, чтобы полностью исключить вибрационную нагрузку. В зависимости от таких факторов, как размеры и масса компонентов, вращающийся узел входит и расстраивается при разных оборотах двигателя; он может быть очень плавным на одних оборотах и ​​не таким плавным на других.В той или иной степени это влияет на стабильность коленчатого вала, кольцевое уплотнение и целостность подшипников, и это основная причина, по которой гоночные двигатели должны быть точно сбалансированы для обеспечения плавной предсказуемой работы.

Типы коленчатого вала

В большинстве гоночных машин используется стальная поковка или коленчатый вал из стальной заготовки. Низшие классы часто ограничиваются шатунами из литой стали или чугуна с шаровидным графитом OEM-типа, которые превосходно работают во многих классах спортсменов, но функционально не подходят для приложений с высокой мощностью.Эти классы часто устанавливают ограничения по весу коленчатых валов (например, минимум 50 фунтов), чтобы предотвратить использование более легких дорогих шатунов. Обладая прочностью на разрыв от 65 000 до 80 000 фунтов на квадратный дюйм, обычные отливки относительно хрупки, но идеально подходят для общего использования в автомобилях. Шатуны OEM из чугуна с шаровидным графитом имеют предел прочности на разрыв выше 100000 фунтов на квадратный дюйм, лучшую пластичность и коэффициент удлинения около 3 процентов. Это подходит для многих тяжелых грузовиков и даже некоторых двигателей OEM.Рейтинг относительного удлинения относится к проценту деформации, которую кривошип может неоднократно выдерживать без сбоев. По сути, это разница между пределом прочности на растяжение (сила, необходимая для инициирования растяжения или отклонения) и пределом текучести (величина силы, необходимой для постоянного растяжения или деформации детали). Литые шатуны превосходно работают в тех классах спортсменов, где они требуются, особенно коленчатые валы, такие как Scat серии 9000, которые имеют предел прочности на растяжение, равный большинству основных поковок (105 000 фунтов на квадратный дюйм), и коэффициент удлинения (6 процентов), почти вдвое превышающий, чем у большинства обычных отливок. .Эти кривошипы довольно удобны в диапазоне от 400 до 450 л.с. в кольцевых гонках, и они часто очень хорошо выдерживают даже на уровне 500 л.с. в высокопроизводительных уличных приложениях, где наблюдаются только неполадки.

Вопрос о том, использовать ли поковки крученой или нескрученной формы, все еще обсуждается. Многим строителям удаются и то, и другое, но не скрученные поковки обычно предпочтительны для приложений с высокими нагрузками, работающих на экстремальных оборотах двигателя. (Предоставлено Scat Enterprises)

Комбинация облегченного кованого коленвала, облегченного H-

.

Руководство по устранению прогиба коленчатого вала

Очень важно следить за деформацией коленчатого вала судового двигателя. Это помогает вам определить, когда коленчатый вал вашего двигателя отклоняется в положительную или отрицательную сторону.

В этой статье мы хотели бы вкратце обсудить, что такое коленчатый вал, зачем он нам действительно нужен, а также узнать, как правильно снимать показания.

Определение прогиба коленчатого вала

Во-первых, как мы можем определить прогиб коленчатого вала; Это измерение выполняется на коленчатом валу двигателя путем размещения индикатора часового типа по центру шатунов коленчатого вала.При повороте двигателя по часовой стрелке или против часовой стрелки циферблатный индикатор определяет состояние, показывая показания вертикальной и горизонтальной точек с обеих сторон.

Эти значения можно сравнить с пределами, рекомендованными производителем. Используя движок Wartsila в качестве примера, показанного на изображении ниже, он позволяет вам понять, что нужно делать для снятия показаний.

Кроме того, узнайте больше об общих проблемах с запуском на судовом вспомогательном дизельном двигателе

Положения отклонения коленчатого вала

Мы измеряем отклонение коленчатого вала, чтобы убедиться, что кривошип работает и поддерживает надлежащий баланс.Как вы, возможно, знаете, коленчатый вал двигателя состоит из шейки, шатунной шейки и шатунов; все они поддерживаются коренными подшипниками через журналы. Поэтому во время работы двигателя из-за некоторого трения между подшипниками и шатунной шейкой подшипники изнашиваются и сохраняют дисбаланс по длине коленчатого вала.

Когда это происходит, вы получаете высокие показания, которые указывают на фактическое положение (закрытое или открытое).

Как я уже сказал ранее, чтобы сделать эту статью короткой и понятной, я хотел бы объяснить, как снимать показания прогиба коленчатого вала вашего основного или вспомогательного двигателя.

Как снимать показания прогиба коленчатого вала?

Для получения правильных показаний необходимо выполнить следующие шаги;

  • Установите циферблатный индикатор на ноль
  • Откройте все крышки картера

  • Включите поворотный механизм

  • Переключите поворотный механизм на ручной (в автоматическом режиме)

  • Поверните двигатель до горизонтального положения коленчатого вала до точки (чтобы вы могли разместить циферблатный индикатор в нужной точке)

  • После размещения циферблатного индикатора убедитесь, что он на нуле (при необходимости установите снова), затем снимите показания с верхней стороны порта (TP) (между -0.01 до -0,35 и от +0,01 до +0,035…. см. рекомендации производителя)

- поверните назад в исходную точку «P» (левый или правый борт по горизонтали, в зависимости от того, с какой стороны вы начали) снимите показания горизонтального положения.

Повторите вышеперечисленное для всех устройств и запишите, если необходимо.

Связанное сообщение : 8 Основные причины, по которым судовой двигатель не запускается или не вращается

Соответствующий стандарт см. В руководстве производителя двигателя.

По любым вопросам, пожалуйста, оставьте их в поле для комментариев ниже или свяжитесь с нами для получения дополнительных указаний. Надеюсь, эта статья вам поможет.

Вышеупомянутая программа поможет вам легко рассчитать центровку двигателя и износ коренных подшипников.

Посмотрите короткое видео о том, как измерить прогиб коленчатого вала, чтобы узнать больше

Как вы оцениваете прогиб коленчатого вала двигателя? оставьте свои рекомендации в поле для комментариев ниже.

Хотели бы вы читать наши сообщения, когда мы публикуем новые статьи? Если да, пожалуйста, подпишитесь ниже для получения дополнительных обновлений .

Нравится:

Нравится Загрузка ...

.

Crankshaft Tech - Popular Hot Rodding Magazine

Рабочий объем ложе 80-х годов. Дни незначительного и примитивного увеличения рабочего объема за счет шлифовки кривошипа со смещением стали более далекими воспоминаниями, чем президентская кампания Фрица Мондейла. В связи с появлением в последнее десятилетие количества доступных на вторичном рынке коленчатых валов толкателей кубические дюймы стали дешевле, чем когда-либо. Одновременно с этим технология головок цилиндров была вынуждена идти в ногу с требованиями непрерывно увеличивающегося рабочего объема, а мощность в лошадиных силах разрослась до неприличных размеров.Поскольку наше хобби - это коллективные шалости в золотой век лошадиных сил, ни один компонент двигателя, за исключением головки блока цилиндров, не смог продвинуть дело так, как современный коленчатый вал. Так что, если ваш санкционирующий орган не запрещает это, если вы строите двигатель, вы, вероятно, хотите купить кривошипный двигатель.

Тем не менее, вариантов много, и не все кривошипы одинаковы. Стоит ли соглашаться на стальное литье или переходить к ковке? В чем разница между сталью 5140, 4130 и 4340? Вам действительно нужно во всех случаях переходить к подделке? Соответствует ли заготовка своей священной репутации? Как отличить маркетинговую шумиху от реального качества продукта? И самое главное, какой коленчатый вал подходит для вашей области применения? К счастью, на этом дезинформация заканчивается.Мы связались с ведущими производителями коленчатых валов в стране, чтобы дать окончательные ответы на все вышеупомянутые вопросы, в том числе получить представление о металлургии и различных производственных технологиях. Не паникуйте, если вы предпочитаете менее популярные модели, потому что у нас также есть модели Buick, Olds и Pontiac. Хотя некоторая информация не соответствует общепринятому мнению, факты не всегда легко усвоить. У нас есть правда, но вы справитесь?

Cast vs. Forged vs.Заготовка Технологии изготовления играют важную роль в предельной прочности коленчатого вала. Литье и ковка - два наиболее распространенных метода производства, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Литые кривошипы начинают свою жизнь как жидкое железо или сталь, и их разливают в форму. Это позволяет необработанной отливке максимально приближаться к ее окончательной форме, что сокращает объем окончательной обработки. В сочетании с тем фактом, что оборудование, необходимое для производства отливок, относительно недорогое, становится очевидным, почему литые кривошипы являются преобладающим выбором среди оригинальных комплектующих.Литые шатуны на вторичном рынке предлагают значительное улучшение прочности и могут быть приобретены всего за 200 долларов.

Посмотреть все 7 фотографий

В отличие от этого, процесс ковки требует тяжелых прессов и более обширных операций окончательной обработки. Ковка включает нагревание цилиндрической заготовки металла до расплавленного состояния, а затем придание ей формы с помощью прессов и штампов. Именно это сжимающее действие создает более прочный конечный продукт по сравнению с отливкой. «В отливке структура зерен похожа на пляжный песок», - объясняет Том Либ из Scat.«В поковке сила пресса сжимает зерна вместе, так что это становится единым однородным потоком зерна. Поскольку пространство между молекулами сжимается, каждая молекула вынуждена« держаться за руки »со следующей молекулой». Недостатком поковки по сравнению с литой рукояткой является стоимость. Гидравлические прессы для тяжелых условий эксплуатации, используемые в процессе ковки, чрезвычайно дороги, что приводит к удорожанию продукта. Ожидайте, что цены на более популярные двигатели начнутся от 500 долларов.

Думайте о кривошипах для заготовок как о ответвлении кованых кривошипов.Как и поковка, кривошип для заготовки начинается с большого цилиндрического стального слитка. Однако в то время как кованый кривошип сжимается во время процесса ковки, стальной слиток, используемый в кривошипе для заготовки, уже кован, хотя и не так сжат, как в кованом кривошипе. Ключевое различие между ними заключается в том, как слитки имеют форму кривошипов. «Металлический стержень, используемый для изготовления кованого кривошипа SBC диаметром 4000 дюймов, имеет диаметр около 4,75 дюйма, а общая ширина кривошипа составляет 6,75 дюйма после завершения процесса ковки», - говорит Либ.«Металлический стержень, используемый в кривошипе для заготовки с таким же ходом, намного больше, примерно 8 дюймов, весит 350 фунтов по сравнению со 150 фунтами в кованом кривошипе. Вместо того, чтобы скручивать и колотить металл в разных направлениях, как в поковке, Кривошип заготовки изготавливается путем измельчения металла таким образом, чтобы структура зерна проходила параллельно по всей длине кривошипа ". Из-за увеличения количества материалов и рабочей силы по сравнению с кованым кривошипом, кривошипы для заготовок являются самыми дорогими из всех. Индивидуальные одноразовые экземпляры имеют ценник в районе 3000 долларов.Что касается того, является ли кривошип для заготовки более прочным, чем поковка, поскольку в отрасли нет единого мнения, различные производители выяснят это позже, и мы позволим вам сделать это.

Strength Прежде чем углубляться в специфику металлургии, есть прочностные характеристики, универсальные для всех отливок и поковок, которые ничего не стоят. В лаборатории металл проверяют на прочность, растягивая круглый стержень диаметром один дюйм до тех пор, пока он не сломается. Прочность на растяжение связана с силой, необходимой для начала растяжения стержня.Предел текучести описывает силу, необходимую для дальнейшего разрыва стержня. Разница между пределом прочности на разрыв и предел текучести между отливками и поковками значительна. «При литье вам нужно всего лишь уменьшить поперечное сечение стержня на шесть процентов, прежде чем он сломается», - объясняет Либ. «Поковка позволяет уменьшить поперечное сечение на 20 процентов до того, как пруток сломается».

Просмотреть все 7 фотографий

Металлургия Поскольку сплав состоит в основном из железа, небольшое количество металла, добавленного к этому железу, определяет различия в прочности между различными марками стали.Набор стандартов, установленных Американским обществом по металлам (ASM), определяет содержание марок металлов в дополнение к их номенклатуре. «Для литых шатунов начального уровня увеличение содержания углерода по отношению к железу улучшает прочность, - говорит Алан Дэвис из Eagle Specialty Products. Самые простые кривошипы - это чугун, у которых обычно есть предел прочности на разрыв от 70 000 до 80 000 фунтов на квадратный дюйм. Незначительное увеличение содержания углерода в железе приводит к образованию чугуна с шаровидным графитом, что приводит к пределу прочности на разрыв примерно 95000 фунтов на квадратный дюйм.Оба материала широко используются производителями оригинального оборудования, но не совсем подходят для более серьезных приложений для кривошипов послепродажного обслуживания. Обычно используемая в коленчатых валах начального уровня послепродажного обслуживания литая сталь имеет более высокое содержание углерода, чем чугун с шаровидным графитом, и имеет предел прочности на разрыв около 105 000 фунтов на квадратный дюйм. «В типичном малом блоке кривошип из литой стали может легко выдерживать 500 л.с.. Хотя мы видели, что они доводятся до очень высоких уровней мощности, мы обычно рекомендуем кованый кривошип для любого уровня мощности, превышающего этот уровень».

Двигаясь вверх по столбу, заводские кованые кривошипы изготавливаются из стальных сплавов, таких как 1010, 1045 и 1053.Хотя их предел прочности на растяжение аналогичен пределу прочности при растяжении кривошипа из литой стали, их показатель удлинения более чем в три раза выше. В результате получается гораздо менее хрупкий материал. Тем не менее, они далеки от предельной прочности стальных кривошипов на вторичном рынке. «Заводские шатуны из кованой стали имеют высокое содержание углерода, но в них отсутствует хром и никель, как в сплавах премиум-класса, используемых в шатунах на вторичном рынке», - объясняет Либ из Scat. «В этих типах сплавов хром и никель делают их прочнее.Есть и другие материалы, но они используются, чтобы убедиться, что все смешивается должным образом и не оказывает ударного воздействия ».

Самая простая сталь для вторичного рынка - 5140, которая имеет предел прочности на разрыв около 115 000 фунтов на квадратный дюйм. быть - и в некоторой степени все еще остается - отличным выбором для гонщиков с ограниченным бюджетом, но встречается реже, чем в прошлые годы, из-за растущей доступности шатунов из высококачественного сплава. К ним относятся поковки 4130 и 4340, которые имеют рейтинг прочности на разрыв приблизительно 125 000 фунтов на квадратный дюйм и 145 000 фунтов на квадратный дюйм соответственно.Строители двигателей и производители коленчатых валов повсеместно считают сплав 4340 идеальным для прочности и долговечности. Поскольку цена на шатуны 4340 на вторичном рынке составляет от 500 до 600 долларов за обычные платформы двигателей, популярность более мелких марок стали снижается. «У нас много клиентов, которые развивают 1500 л.с. через кривошип из кованой стали 4340», - говорит Дэвис из Eagle.

Скручивание и ковка без скручивания Кованые кривошипы прижимаются к штампу, но для этого используются два разных метода.Самый простой метод - выковать одну из кривошипов за раз в плоской штамповке. Затем кривошип поворачивается, и штамп выполняет следующий бросок. И наоборот, при ковке без скручивания все четыре метала кованы одновременно, что требует более сложной штамповки. Говорят, что поковки без скручивания уменьшают внутренние напряжения коленчатого вала в процессе производства, но не все это покупают. «Если все переменные контролируются должным образом в процессе ковки, разница между поковками на скручивание и без скрутки практически отсутствует», - считает Джеймс Хамфрис из Lunati.«Большинство шатунов на вторичном рынке в наши дни в любом случае не кованые, так что нет смысла спорить в любом случае. Это больше похоже на маркетинг».

Термическая обработка Помимо материалов и методов литья или ковки, термическая обработка может значительно повлиять на прочность коленчатого вала. Азотирование является наиболее распространенным методом термообработки, используемым в кривошипах вторичного рынка, когда ионизированный азот осаждается в вакууме на поверхность кривошипа в печи. Путем проникновения в металлическую поверхность от 0,010 до 0,012 дюйма и изменения микроструктуры стали твердость поверхности удваивается с 30 до 60 по шкале Роквелла, а усталостная долговечность увеличивается на 25 процентов.OE обычно предпочитают индукционную закалку азотированию, что приводит к более глубокому проникновению в поверхность металла (от 0,050 до 0,060 дюйма). В этом процессе для нагрева поверхности используется магнитное поле. «У обоих методов есть свои плюсы и минусы, но азотирование наиболее распространено на вторичном рынке», - объясняет Хамфрис. «Индукционная закалка является более локализованной, тогда как азотирование обрабатывает весь кривошип сразу. Однако индукционная закалка проникает глубже, что позволяет повернуть шейки один или два раза во время восстановления, прежде чем придется снова термообработать кривошип.«

Knife-Edging Действительно ли обрезка ножей противовесов кривошипа снижает сопротивление воздуха и увеличивает мощность? Не все так думают.« Ножевые кромки были разработаны для облегчения балансировки, а не для увеличения мощности, и на улице они мало пригодны. «Мотор», - объясняет Дуэйн Боес из Callies. «Как снегоочиститель, масло ударяется о лезвие ножа и разбрасывается повсюду, хотя в идеале оно должно приземлиться на нос и уйти в сторону. Закругленная передняя кромка с выпуклым носом является наиболее эффективной, как нос корабля."

Просмотреть все 7 фотографий

Перекрытие Как следует из этого термина, перекрытие шейки - это просто то, насколько диаметры коренной шейки кривошипа и шейки шатуна перекрывают друг друга. При увеличении хода перемещение шейки шатуна дальше от основной шейки уменьшают перекрытие и снижают прочность и долговечность. Точно так же меньшие шатуны и коренные шейки уменьшают скорость подшипника и трение, но также уменьшают перекрытие ». Причина, по которой GM увеличила размер главной магистрали до 2,65 дюйма на 400 SBC по сравнению с 2.45 дюймов на 350 должны были поддерживать перекрытие журналов с более длинным ходом 3,75 дюйма », - объясняет Джадсон Массингилл из Школы автомобильных машинистов.

Заготовка или ковка? Хотя мы четко очертили иерархию различных сортов отливок и поковок, мы не заявили, предлагают ли кривошипы из заготовок или их кованые аналоги максимальную прочность. Откровенно говоря, мы не знаем ответа и даже не будем пытаться делать обоснованное предположение. Есть веские аргументы для каждого из множества надежных источников, поэтому мы напечатаем их слова и предоставим вам возможность решать.

Алан Дэвис из Eagle: «Люди думают, что заготовка прочнее, чем поковка, но это неправда. Заготовка получила такую ​​репутацию еще в те времена, когда кованые шатуны для вторичного рынка были недоступны, а заготовка была единственным способом купить высокопроизводительный кривошип. В случае кованого кривошипа процесс ковки создает структуру переплетенных волокон. В случае кривошипа из заготовки структура волокон проходит просто параллельно кривошипу. t требуют дорогостоящего инструментального оборудования.С другой стороны, 200-тонные прессы, необходимые для поковок, стоят как минимум шестизначную сумму, поэтому они больше подходят для больших серий ».

См. Все 7 фотографий

Tom Lieb Of Scat: « Поковка - это не такой прочный, как заготовка, потому что в процессе ковки зернистая структура растягивается и срезается. Поковка начинается с круглого металлического стержня, который скручивается и поворачивается, чтобы стержень метался. То, что раньше было центральной линией стержня, теперь смещено, а зерна растягиваются, травмируются и ослабляются, хотя некоторые его части значительно прочнее, чем в отливке.В заготовке отсутствуют участки с повышенным напряжением, поскольку структура зерен проходит параллельно длине всего кривошипа. Поковки прочнее заготовки в болтах и ​​осях, потому что металл не растягивается и не режется. Нет ни одной команды Top Fuel, Funny Car, Nextel Cup или F1, которая использует кованые шатуны, поэтому вы должны спросить себя, почему ».

Dwayne Boes Of Callies « Если для обоих используется один и тот же материал поковка прочнее заготовки, потому что поток зерна нарушается и перемещается.Однако гораздо легче получить специальные сплавы в материале заготовки ».

Джадсон Массингилл из SAM: « Поковки мощностью до 600–700 л.с. ничем не уступают кривошипам для заготовок при соответствующем перекрытии шейки. Однако, когда вы начинаете уменьшать перекрытие с помощью длинных ходов и небольших шейок стержня для уменьшения скорости подшипника, заготовка выходит наверх. В наших двигателях заготовка позволяет нам избежать перекрытия цапф ».

Альтернатива - Традиционно на вторичном рынке пренебрегли Buick, Olds и Pontiac.Что касается шатунов, то это все еще верно, но в меньшей степени. Усилия стойких приверженцев платформы двигателя привели к появлению на некоторых рынках специализированного рынка только что выпущенных стальных шатунов. В других случаях для каждого семейства двигателей есть специалисты, которые могут модифицировать заводские шатуны, чтобы получить желаемый дополнительный рабочий объем. Конечно, такие компании, как Winberg, Bryant и Moldex, сделают индивидуальный шатун из заготовки для любого двигателя, но мы предполагаем, что большинство хот-роддеров работают с реальным бюджетом.

Pontiac На создание этого автомобиля ушло 30 лет, но теперь энтузиасты Pontiac имеют в своем распоряжении как литые, так и кованые шатуны. В конце 90-х компания Butler Performance объединилась с Eagle для производства первого шатуна Pontiac на вторичном рынке - 4,250-дюймового стального литого блока для 3-дюймовых основных блоков 326/350/389/400. Только в этом году Butler Performance выпустила 4340 кованых шатунов с ходом 4,000, 4,250 и 4,500 дюйма для 3-дюймовых основных блоков. Компания также предлагает 4.000- и 4.250-дюймовые шатуны 4340 для блоков 421/428/455 с сетью 3,25 дюйма. «До того, как мы выпустили эти шатуны, единственным вариантом была шлифовка стандартного шатуна со смещением, что давало дополнительные 4-5 кубических сантиметров», - говорит Дэвид Батлер. «В наши дни цены на кованые шатуны настолько разумны, что нет причин даже беспокоиться о запасных частях».

Посмотреть все 7 фотографий

Buick К сожалению, рынок запасных частей не активизировался с новой конструкцией кривошипа Buick, но все еще есть варианты увеличения рабочего объема с хорошим запасом.По словам эксперта по Buick Майка Филлипса из Automotive Machine, все модели Buick 400, 430 и 455 имеют одинаковый коленчатый вал. «До 1974 года шатуны имели букву« N », которая, по мнению некоторых, означает узловатую», - объясняет он. «Эти штуки имеют массивную 3,25-дюймовую сеть, так что вы можете без проблем пропустить через них 600 л.с., а с ходом 3,900 дюйма шатуны Buick имеют большее перекрытие, чем у многих Chevrolet с большими блоками». Благодаря такому перекрытию их можно смещать на глубину до 4,15 дюйма. «Со смещением кривошипа на землю на 4.150 дюймов в 455, вы получите 494 дюйма, но я думаю, что это значительно ослабит кривошип. Лучше отшлифовать кривошип до 4 дюймов, и в этом случае вы все равно сможете уравновесить двигатель снаружи ».

Oldsmobile Среди больших блоков Oldsmobiles есть модели 425 и 455. Известный производитель двигателей Olds Дик Миллер говорит, что все 425 моторов были оснащены заводскими шатунами из кованой стали, в то время как количество двигателей 455 со стальными шатунами меньше 100. 455 - самый распространенный двигатель среди любителей Olds, у которого есть 4.Ход 250 дюймов. «Около 455 шатунов были отлиты в них буквой N, а в других - CN», - говорит Миллер. «Ручка CN - более сильная из двух». Хотя Eagle производит замену кривошипа из литой стали мощностью 700 л.с., заводская деталь очень прочная. «Стандартный кривошип 455 может быть отшлифован до 4500 дюймов, что составляет 496 кубических сантиметров. Эти кривошипы могут выдерживать до 650 л.с.».

Посмотреть все 7 фотографий

Ford FE Никогда еще не такой массовый, как Windsor или big-block серии 385, Ford FE до сих пор широко игнорировался на вторичном рынке.И Scat, и Eagle предлагают стальные кривошипы с ходом от 3,980 до 4,250 дюйма. «390 - самый популярный мотор FE, и почти все они имели литые шатуны», - объясняет гуру двигателей FE Барри Работник из Survival Motorsports. «Раньше люди покупали кованые кривошипы для грузовиков FE и обрезали нос, чтобы поместиться в автомобильный блок, или шлифовали стандартные кривошипы со смещением, но теперь в этом нет необходимости. Я без проблем пропустил более 750 л.с. через литой кривошип Scat . " Кроме того, Survival Motorsports предлагает собственный кованый шатун 4340 ina 4.Ход 250 дюймов.

If All Else Fail Если вам нужно что-то сделать с кривошипом, что никто другой не сможет выполнить [или если вам нужен хорошо подготовленный шатун оригинального производителя для веселого уличного водителя - прим. Ред.], Позвоните Адни Брауну из Performance Crankshaft. . Его специальность - ремонт и модификация заводских и неоригинальных шатунов в соответствии со стандартами, которые мало кто может коснуться. «В тех случаях, когда шатуны на вторичном рынке недоступны, мы отслеживаем старые поковки и устанавливаем ход любой длины, какой пожелает заказчик», - объясняет Адни.В дополнение к простым услугам, таким как ремонт сгоревших цапф, Adney может облегчить кривошип, изменить диаметр носа и приварить различные фланцы. «Не считайте это мусором и не прекращайте поиск, пока не позвоните нам сначала».

Иерархия металлов Поскольку Американское общество металлов допускает некоторую свободу действий в пределах каждого сорта металла, значения прочности на разрыв, приведенные в этой таблице и в других частях статьи, являются приблизительными, а не точными. Тем не менее, они действительно позволяют сравнивать прочность различных марок металлов.Хотя они представляют собой лишь небольшую часть всех стальных сплавов, установленных ASM, они являются наиболее распространенными в автомобильной промышленности. Вот краткое изложение:

МАТЕРИАЛ: ПРОЧНОСТЬ НА РАЗРЫВ: РЕЙТИНГ:
Чугун 70,000-80,000 фунтов на кв. Дюйм Двигатели OE
Чугун с шаровидным графитом 95000 фунтов на кв. Дюйм Двигатели OE
Стальное литье 105,000 фунтов на кв. Дюйм самые сильные из литых кривошипов
1010/1045/1053 100000-110 000 фунтов на кв. Дюйм поковка заводская высокоуглеродистая
5140 сталь 115000 фунтов на кв. Дюйм поковка спортивная
4130 сталь 120,000-125,000 фунтов на кв. Дюйм сплав премиум
4340 сталь 140 000–145 000 фунтов на кв. Дюйм Самый прочный сплав для шатунов и шатунов
Показать все.

Смотрите также